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para los alumnos
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El sol como fuente de Energía
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Palabras clave de esta unidad:
El sol como fuente de energía, la constante solar, la inclinación del eje de rotación terrestre, las temporadas, el ángulo de la radiación solar, la distribución de energía. |
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Energía natural en la Tierra
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Fig 1: Playa en Cannes. Foto: Thomas Steiner
© GNU Licence Wikipedia
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Casi toda la energía que impulsa la vida, el tiempo, el clima y los procesos naturales en la superficie terrestre provienen del sol. La vida en la Tierra no sería posible sin él. ¡Y esto no significa sólo la vida en la playa!
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Sólo una diminuta fracción de la energía que tiene influencia en nuestro ambiente, se origina en la parte interior líquida de la Tierra. Esta energía, la cual está todavía presente desde la formación de nuestro planeta, es utilizada, por ejemplo, en compresores geotérmicos. Durante erupciones volcánicas la energía se muestra de una manera natural. El sistema del Clima y el cambio climático provocado por el hombre no tienen ninguna influencia en los procesos dentro de la Tierra, tampoco en erupciones volcánicas ni en terremotos. Si personas mueren debido a terremotos o erupciones volcánicas, el cambio climático no es responsable de ello.
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La radiación del Sol
El Sol transfiere su energía por medio de ondas electromagnéticas como la luz. Pero a menudo pensamos que la luz (que podemos ver con nuestros ojos.) es la única parte de la radiación emitida por el sol.
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El Sol también transfiere energía aún más energética que la luz visible, como la radiación ultra violeta (UV). Demasiada luz UV daña las células de plantas, de humanos y de animales. Afortunadamente, la capa de ozono en una altitud de 15-40 km absorbe una importante fracción de esta radiación sumamente energética y peligrosa.
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Fig 2: Esta figura muestra el espectro original de la radiación solar idealizada (amarillo), en el tope superior de la atmósfera (naranja) y en la superficie terrestre después de ser modificada por la atmósfera (multicolor, negro). Las áreas negras representan la luz, que no es visible por nuestros ojos. La energía de la radiación disminuye de izquierda a derecha.
© Wikimedia Creative Commons Lincence
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El Sol también emite la radiación térmica con una energía más baja que la luz visible, la cual llamamos luz infrarroja o radiación infrarroja. Nosotros la sentimos como ‘calor’ en la piel, semejante a la radiación invisible del calor de un plato caliente.
La radiación del Sol corre a una velocidad increíble de 300.000 km/s (velocidad luz) por el espacio y recorre una distancia de 150 millones de kilómetros del Sol a la Tierra en aproximadamente 8 minutos.
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Cantidad de energía transferida
Las cantidades de energía son medidas en Joules o Julios. El Sol transfiere en cada segundo la cantidad de 1367 J en cada metro cuadrado del diámetro de la Tierra. Esto corresponde a una potencia de 1367 W (vatios o watts) [1 Vatio = 1 Joule por segundo]. Este valor recibe el nombre de "constante solar".
Por dos razones esta energía no alcanza continuamente cada metro cuadrado de la superficie terrestre. Las razones son: 1) la geometría de la Tierra 2) la influencia de la atmósfera.
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Para una explicación más detallada ve también el ejemplo 3 en la siguiente página: http://www.atmosphere.mpg.de/enid/5iz.html (ingles)
1) La Geometría de la Tierra: La Tierra no es un disco frente al Sol sino una esfera. Por lo tanto, el sol no irradia a la Tierra verticalmente sino que en la mayoría de las regiones lo hace con un cierto ángulo. Cuando es de noche de un lado de la Tierra, no hay irradiación alguna. La sección transversal de una esfera, que es golpeada verticalmente por el sol, es sólo un cuarto de su superficie. Por lo tanto alcanza sólo ¼ x 1367 Vatios = 342 vatios por metro cuadrado de la atmósfera superior.
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Fig 5: La energía transferida por los rayos paralelos del sol a la Tierra es la misma, pero dependiendo del ángulo de incidencia, el área impactada es diferente. Así mismo ocurre con la atmósfera, de tal manera que los rayos llegan a ser más débiles mientras más grande sea la porción de atmósfera.
© GNU Licence Wikipedia, modificada |
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2) La luz del sol no puede pasar la atmósfera y alcanzar la superficie de la Tierra sin trabas. Las nubes, el hielo y áreas nevadas lo reflejan. Los gases y el polvo en el aire toman la energía y remiten en todas direcciones, también de regreso al espacio. Al final, aproximadamente 168 Vatio de un promedio de 342 Vatio son absorbidos por la Tierra.
Pero, en comparación, sólo cerca de 0.06 W/m2 viene como radiación térmica del interior de la tierra. Esto es más de 2000 veces menos que el poder del Sol.
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La distribución de la energía
Sabemos que el clima cercano al ecuador es más cálido que en el Polo Norte o en el Polo Sur. Nosotros también sabemos que en todas partes de la Tierra el verano es más cálido que el invierno. La energía del Sol no se esparce uniformemente en todas las regiones del mundo. También cambia con la temporada, debido a que el eje de la Tierra esta inclinado a un ángulo de aproximadamente 23,3 °. Podemos ejemplificar estas diferencias en un "experimento" con la ayuda de un globo terráqueo.
Ejemplos adicionales se encuentran en la "lista de enlaces" bajo el tema "La inclinación de la Tierra y temporadas".
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Animación: Elmar Uherek
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Texto: Dr. Elmar Uherek (MPI - Chemistry Mainz)
Traducción: Leticia Reyes
Revisor científico y corrector linguístico : Dr. Juan Carlos Ortiz Royero (Universidad del Norte / Baranquilla, Colombia)
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