Qué sucede en esta situación
Todos los cuerpos por encima del cero absoluto emiten y absorben radiación. La transferencia neta depende de temperaturas, área, emisividad y geometría.
Qué explica y qué no explica
Idea física: La materia intercambia energía electromagnética y la tasa neta depende fuertemente de la temperatura absoluta.
Condición: Las temperaturas se expresen en kelvin y la geometría permita la aproximación de entorno grande.
Límite: Intercambios entre varias superficies requieren factores de forma y propiedades espectrales.
Conexiones de la familia
Para distinguir mecanismos y elegir el modelo adecuado, continúa con Conducción de calor y compáralo con Convección.
Fórmula principal
Superficie gris pequeña frente a un entorno grande con factor geométrico aproximado a uno.
Magnitudes, símbolos y unidades
| Magnitud | Símbolo | Unidad | Símbolo de unidad | Nota |
|---|---|---|---|---|
| Potencia neta | Pnet | watt | W | Positiva hacia el entorno en la convención usada. |
| Emisividad | ε | adimensional | — | Entre 0 y 1 en el modelo gris. |
| Constante Stefan-Boltzmann | σ | watt por metro cuadrado kelvin cuarta | W/(m²·K⁴) | 5,670374419×10⁻⁸. |
| Área | A | metro cuadrado | m² | Superficie radiante. |
| Temperatura | T | kelvin | K | Absoluta. |
Fórmulas derivadas
Energía
E=PnettProcedencia: Potencia constante por tiempo.
Cuándo usarla: Estado aproximadamente estable.
Razón de cuerpo negro
P₂/P₁=(T₂/T₁)⁴Procedencia: Cancela σ y A.
Cuándo usarla: Entorno despreciable y ε igual.
Cómo resolver problemas de radiación térmica
Representa la situación
Distingue el sistema, el entorno, los estados inicial y final y la magnitud buscada.
Comprueba las condiciones
Verifica que las temperaturas se expresen en kelvin y la geometría permita la aproximación de entorno grande.
Unifica unidades
usar kelvin en la cuarta potencia, área en m² y potencia en W.
Sustituye con signos
Usa la relación Pnet = εσA(T⁴ − Tenv⁴) y conserva la convención declarada.
Interpreta el resultado
Comprueba unidad, orden de magnitud, dirección y límite del modelo.
10 ejemplos explicados de radiación térmica
Cada solución avanza de la situación concreta a la interpretación del resultado. Comprueba los datos, las unidades y el sentido de la conclusión antes de continuar.
Superficie caliente
Pnet≈1,39 kW.
Problema: Una placa con ε=0,90, A=0,50 m² está a 500 K en un entorno a 300 K.
- Datos: ε=0,90; A=0,50; T=500 K; Tenv=300 K; σ=5,67×10⁻⁸.
- Principio: Pnet=εσA(T⁴−Tenv⁴).
- Sustitución: P=0,90×5,67×10⁻⁸×0,50×(500⁴−300⁴).
- Cálculo o razonamiento: 500⁴−300⁴=5,44×10¹⁰; P≈1388.
- Resultado: Pnet≈1,39 kW.
- Interpretación: La cuarta potencia hace que la radiación crezca con rapidez al aumentar T.
Temperatura doble
La potencia se multiplica por 16.
Problema: Un cuerpo negro duplica su temperatura absoluta y el entorno es despreciable.
- Datos: T₂=2T₁; ε y A iguales.
- Principio: P∝T⁴.
- Sustitución: P₂/P₁=(2)⁴.
- Cálculo o razonamiento: =16.
- Resultado: La potencia se multiplica por 16.
- Interpretación: No se duplican grados Celsius; se duplica la temperatura en kelvin.
Emisividad
La segunda emite netamente cuatro veces más.
Problema: Dos superficies iguales están a la misma T; ε₁=0,2 y ε₂=0,8.
- Datos: Misma A, T y entorno.
- Principio: Pnet∝ε.
- Sustitución: P₂/P₁=0,8/0,2.
- Cálculo o razonamiento: =4.
- Resultado: La segunda emite netamente cuatro veces más.
- Interpretación: La emisividad depende de material, acabado y longitud de onda.
Sol y Tierra
Por radiación.
Problema: ¿Cómo llega energía solar a través del vacío?
- Datos: No hay materia entre gran parte del trayecto.
- Principio: La radiación electromagnética no requiere medio material.
- Sustitución: La energía viaja como ondas electromagnéticas.
- Cálculo o razonamiento: Razonamiento físico.
- Resultado: Por radiación.
- Interpretación: Esto no significa ausencia de disminución geométrica: la intensidad se reparte con la distancia.
Mano cerca de una estufa
Radiación y aire convectivo.
Problema: Se siente calor sin tocar la estufa. ¿Qué mecanismos pueden actuar?
- Datos: Separación de aire; superficie caliente.
- Principio: Puede haber radiación y convección; no es conducción directa sin contacto.
- Sustitución: Se distinguen mecanismos.
- Cálculo o razonamiento: Análisis cualitativo.
- Resultado: Radiación y aire convectivo.
- Interpretación: En una situación real suelen coexistir varios mecanismos.
Área doble
La potencia neta se duplica.
Problema: Se duplica A manteniendo ε y temperaturas.
- Datos: A₂=2A₁.
- Principio: Pnet∝A.
- Sustitución: P₂/P₁=2.
- Cálculo o razonamiento: =2.
- Resultado: La potencia neta se duplica.
- Interpretación: La energía por unidad de área permanece igual en este modelo.
Equilibrio radiativo
Pnet=0.
Problema: Una superficie y su entorno están a la misma temperatura.
- Datos: T=Tenv.
- Principio: Pnet=εσA(T⁴−Tenv⁴).
- Sustitución: La diferencia es cero.
- Cálculo o razonamiento: T⁴−T⁴=0.
- Resultado: Pnet=0.
- Interpretación: Ambos siguen emitiendo y absorbiendo; lo nulo es el intercambio neto.
Superficie brillante
Disminuye la pérdida radiativa.
Problema: Una lámina pulida tiene baja emisividad infrarroja. ¿Cómo afecta la pérdida radiativa?
- Datos: ε baja.
- Principio: Pnet∝ε.
- Sustitución: Menor ε→menor Pnet.
- Cálculo o razonamiento: Comparación.
- Resultado: Disminuye la pérdida radiativa.
- Interpretación: No determina por sí sola conducción o convección.
Energía emitida
E=36 kJ.
Problema: Una superficie radia netamente 300 W durante 2 min.
- Datos: P=300 W; t=120 s.
- Principio: E=Pt.
- Sustitución: E=300×120.
- Cálculo o razonamiento: =36 000.
- Resultado: E=36 kJ.
- Interpretación: La potencia es tasa; la energía depende del tiempo.
Kelvin obligatorio
Debe usarse 373,15 K.
Problema: ¿Puede ponerse 100 °C como T=100 en T⁴?
- Datos: 100 °C=373,15 K.
- Principio: Stefan-Boltzmann usa temperatura absoluta.
- Sustitución: T=100+273,15.
- Cálculo o razonamiento: =373,15.
- Resultado: Debe usarse 373,15 K.
- Interpretación: Elevar 100 en vez de 373,15 a la cuarta produce un error enorme.
Ahora te toca a ti
Ejercicio 1
Si T absoluta se triplica y el entorno es despreciable, ¿cómo cambia P?
Comprobar respuesta
Respuesta: Se multiplica por 81
P∝T⁴.
Ejercicio 2
ε pasa de 0,25 a 0,50. ¿Cómo cambia P?
Comprobar respuesta
Respuesta: Se duplica
Con lo demás fijo, P∝ε.
Ejercicio 3
¿Puede haber radiación en vacío?
Comprobar respuesta
Respuesta: Sí
No requiere medio material.
Ejercicio 4
¿Qué T usar para 200 °C?
Comprobar respuesta
Respuesta: 473,15 K
Stefan-Boltzmann usa kelvin.
Ejercicio 5
P=100 W durante 5 min. Halla E.
Comprobar respuesta
Respuesta: 30 kJ
E=100×300.
Errores frecuentes
Error: Aplicar la fórmula sin comprobar que las temperaturas se expresen en kelvin y la geometría permita la aproximación de entorno grande.
Corrección: Declara primero las condiciones del proceso.
Si cambia una variable que el modelo supone fija, la relación deja de describir el caso.
Error: Elevar grados Celsius a la cuarta o decir que la intensidad no disminuye con la distancia.
Corrección: usar kelvin en la cuarta potencia, área en m² y potencia en W.
Las unidades forman parte de la magnitud y permiten detectar sustituciones incoherentes.
Error: Confundir radiación térmica con cualquier radiación ionizante o atribuirle contacto directo.
Corrección: La materia intercambia energía electromagnética y la tasa neta depende fuertemente de la temperatura absoluta.
La corrección conecta el cálculo con el fenómeno físico observable.
Error: Ocultar o cambiar el signo del resultado.
Corrección: T⁴−Tenv⁴ determina si la superficie pierde o gana energía neta.
Debe declararse una convención y conservarla durante todo el procedimiento.
Error: Extender el modelo fuera de su intervalo útil.
Corrección: Indica el límite: intercambios entre varias superficies requieren factores de forma y propiedades espectrales.
Una fórmula puede ser exacta dentro de un modelo y aun así requerir cautela en un sistema real.
Pon a prueba lo aprendido
Pregunta 1 de 10
¿Cuál es la relación principal de Radiación térmica?
Pregunta 2 de 10
¿Qué condición debe comprobarse antes de aplicarla?
Pregunta 3 de 10
¿Qué unidad o referencia es esencial en este tema?
Pregunta 4 de 10
¿Cuál es la idea física correcta?
Pregunta 5 de 10
¿Qué error debe evitarse?
Pregunta 6 de 10
¿Cómo debe tratarse el signo?
Pregunta 7 de 10
¿Con qué tema conviene compararlo?
Pregunta 8 de 10
¿Qué limita el modelo?
Pregunta 9 de 10
¿Qué paso debe hacerse antes de sustituir números?
Pregunta 10 de 10
¿Cómo se cierra un resultado físico?
Resultado del test
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Preguntas frecuentes
La materia intercambia energía electromagnética y la tasa neta depende fuertemente de la temperatura absoluta.
Cuando las temperaturas se expresen en kelvin y la geometría permita la aproximación de entorno grande.
usar kelvin en la cuarta potencia, área en m² y potencia en W.
la radiación puede propagarse en vacío; la convección requiere un fluido en movimiento.
Intercambios entre varias superficies requieren factores de forma y propiedades espectrales.
Fuentes y revisión editorial
Cómo citar este artículo
Editorial Ejemplode. (2026, 5 de agosto). Radiación térmica: fórmula y ejemplos. https://www.ejemplode.com/fisica/radiacion-termica/
Fuentes consultadas
- OpenStax University Physics Volume 2, 1.6: Mechanisms of Heat TransferConducción, convección y radiación térmica.
- OpenStax University Physics Volume 2, 1.1: Temperature and Thermal EquilibriumTemperatura, equilibrio térmico y ley cero.
- OpenStax University Physics Volume 2, 1.4: Heat Transfer, Specific Heat, and CalorimetryCalor, capacidad calorífica y calorimetría.
- DOE Fundamentals Handbook: Thermodynamics, Heat Transfer, and Fluid FlowReferencia oficial complementaria de termodinámica y transferencia de calor.
- OpenStax University Physics Volume 2, 3.3: First Law of ThermodynamicsPrimera ley, energía interna, calor y trabajo.
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Editorial Ejemplode
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