Ley de Stefan-Boltzmann / espectro de emisión

La ley de Stefan-Boltzmann nos dice que todo cuerpo con una temperatura superior al cero absoluto, emite radiación térmica.
Esto ocurre en relación con su temperatura.

Según la ley de Stefan-Boltzmann, si un cuerpo emite radiación, el espectro emitido será característico para la temperatura.

La radiación electromagnética se puede dividir en diferentes áreas. La característica diferencial es la longitud de onda. Así, por ejemplo, parte de la radiación que emite el sol es la luz que vemos.

La imagen de la izquierda muestra la división de la radiación en diferentes longitudes de onda y frecuencias. El resto de imágenes contiene los tipos de radiación más habituales.

La radiación electromagnética transporta energía. La energía de un «rayo» en concreto depende de su longitud de onda (o de su frecuencia) . Cuanto menor es la longitud de onda (o mayor la frecuencia), mayor es la energía transportada.

Si aplicamos la intensidad (potencia radiada por área) de un emisor térmico ideal sobre las longitudes de onda, se obtienen los siguientes tramos para las diferentes temperaturas.

Si aumenta la temperatura, aumenta también la potencia irradiada. Así mismo, si aumenta la temperatura, también se emite radiación de onda corta y, por tanto, de mayor energía.

Las líneas de la imagen pueden servir a modo de comparación.
La radiación del sol tiene una temperatura de 5800K. La intensidad máxima de la radiación solar se da en la luz visible. Además de la luz visible, también hay partículas de onda larga y de onda corta que no son visibles para el ojo humano.
El acero se pone incandescente a partir de una temperatura de unos 800K.La línea de 1000K entra claramente en el espectro visible.En este caso, veríamos el acero de un color rojo incandescente.

Debido al rápido aumento de la intensidad con la temperatura, se ha seleccionado el eje en su representación logarítmica. Este tipo de representación contribuye a representar valores con magnitudes muy alejadas entre sí. Los valores numéricos de la escala no aumentan de forma lineal, sino que se multiplican. Ver las anotaciones.

La potencia radiada aumenta a la cuarta potencia de la temperatura. Si la temperatura se multiplica por dos, la emisión de energía por radiación se multiplica por 16. La relación se establece a través de la temperatura absoluta en kelvin. En el diagrama, la potencia irradiada se corresponde con el área que se encuentra bajo la curva.

También es importante el tamaño de la superficie irradiada. La potencia radiada es proporcional a la superficie.

Todo lo mencionado hasta el momento en relación a la radiación térmica dice mucho de las características de los emisores térmicos. En base a su definición, podemos deducir que también existe radiación que no es emitida por emisores térmicos.

La radiación térmica posee un espectro continuo y coherente.

También existen fuentes de radiación que emiten radiación, pero no a través del mecanismo del emisor térmico. El rango de longitud de onda irradiado no está relacionado con la temperatura de la fuente de radiación. En la imagen aparecen, a modo de ejemplo, el espectro de una luz LED roja y de un láser que no funciona en el espectro visible.