Conceptos clave
¿Qué es un cuerpo negro en física térmica?
A) Objeto que refleja toda la radiación
B) Modelo ideal que absorbe toda la radiación y emite la máxima energía
C) Superficie que solo emite en el infrarrojo
D) Objeto que no puede calentarse
B) Modelo ideal que absorbe toda la radiación y emite la máxima energía
¿Qué valor tiene el albedo de una superficie que refleja toda la radiación?
A) 0
B) 1
C) 0.5
D) -1
B) 1
¿Qué pasa con la potencia radiada si la temperatura se duplica?
A) Se duplica
B) Se cuadruplica
C) Aumenta 16 veces
D) No cambia
C) Aumenta 16 veces
¿Por qué la Tierra es más cálida que la Luna?
A) Porque es más grande
B) Tiene núcleos radiactivos
C) Tiene atmósfera que causa efecto invernadero
D) Porque está más cerca del Sol
C) Tiene atmósfera que causa efecto invernadero
¿Qué es la constante solar?
A) Energía reflejada
B) Intensidad de radiación solar en la atmósfera superior
C) Emisividad terrestre
D) Albedo de la Tierra
B) Intensidad de radiación solar en la atmósfera superior (~1361 W/m²)
¿Qué representa la emisividad (e)?
A) Fracción de radiación reflejada
B) Temperatura media de un objeto
C) Relación entre potencia emitida por un objeto real y por un cuerpo negro
D) Color del cuerpo
C) Relación entre potencia emitida por un objeto real y por un cuerpo negro
¿Qué superficie tiene albedo más alto?
A) Océano
B) Pastizal
C) Bosque
D) Nieve
D) Nieve
Una superficie tiene una temperatura T=27 K, e=0.9. Calcula su potencia en un m2
P=400 W
¿Qué hacen los gases de efecto invernadero?
Absorben radiación infrarroja y la reemiten hacia la superficie.
Si la Tierra emite más de lo que recibe, su temperatura sube.
Verdadero o Falso
Falso
Un objeto con e = 0.9 es mejor emisor que uno con e = 0.4
¿Verdadero o Falso?
Verdadero
¿Cómo afecta el albedo a la temperatura del planeta?
Mayor albedo → menos absorción → menor temperatura.
Un cuerpo irradia 580 W con T=127 C y A=0.5 m². ¿Cuál es su emisividad?
e ≈ 0.64
Explica por qué los gases de efecto invernadero absorben más eficientemente la radiación saliente que la entrante.
La radiación saliente es infrarroja (longitudes de onda largas) porque la Tierra está a ~300 K. Los gases como CO₂, CH₄ y H₂O tienen modos vibracionales que resuenan con estas longitudes. En cambio, la radiación entrante del Sol está en el visible/UV, y atraviesa la atmósfera sin ser absorbida significativamente.
Analiza cómo una disminución simultánea del albedo y de la emisividad afectaría la temperatura global. ¿Pueden contrarrestarse mutuamente?
Disminuir albedo → mayor absorción → aumento de temperatura.
Disminuir emisividad → menor emisión → también aumenta temperatura.
Ambos efectos se refuerzan mutuamente, no se cancelan, llevando a mayor calentamiento.
Un planeta con atmósfera tiene la misma emisividad que otro sin atmósfera, pero su temperatura es mayor. Explica por qué.
Porque la atmósfera actúa como una capa que reemite parte de la radiación infrarroja de vuelta a la superficie (efecto invernadero), aumentando la energía neta que recibe el suelo, aunque la emisividad efectiva sea la misma.
¿Por qué una superficie puede tener alta emisividad en IR pero baja en visible?
Porque la emisividad depende de la longitud de onda; la nieve, por ejemplo, refleja en visible pero emite en IR.
Dado un cuerpo de 0.8 m² a 320 K con e = 0.85, ¿cuánta energía radia en una hora?
P = e·σ·A·T⁴ ≈ 0.85 × 5.67×10⁻⁸ × 0.8 × (320)⁴ ≈ 314 W
En una hora: E = P × t = 314 W × 3600 s ≈ 1.13×10⁶ J
En un modelo simplificado de la Tierra sin atmósfera, la temperatura de equilibrio calculada es de 255 K. Sin embargo, la temperatura media real es de 288 K.
Explica qué mecanismos físicos justifican esta diferencia y cómo intervienen los gases de efecto invernadero en este modelo.
La diferencia se debe al efecto invernadero natural. En la realidad, la atmósfera contiene gases (como CO₂, CH₄, vapor de agua) que absorben la radiación infrarroja emitida por la superficie terrestre y luego reemiten parte de esa energía hacia abajo.
Esto hace que la superficie reciba energía no solo del Sol, sino también desde la atmósfera, aumentando su temperatura de equilibrio.
Este mecanismo explica por qué la temperatura real (288 K) es mayor que la temperatura que tendría la Tierra sin atmósfera (255 K).
Con S = 1361 W/m², a = 0.3 y e = 0.61, usa el modelo energético simplificado para calcular la T de equilibrio de la Tierra.
Potencia absorbida = (1−a)·S/4
= 0.7 × 1361 / 4 ≈ 238.175 W/m²
Usando: e·σ·T⁴ = 238.175 →
T⁴ = 238.175 / (0.61·σ) →
T⁴ = 238.175 / (0.61×5.67×10⁻⁸) ≈ 6.89×10⁹ →
T ≈ 288 K
Relaciona los conceptos de albedo, emisividad y efecto invernadero en una cadena causal que explique el calentamiento global.
Una disminución del albedo (por ejemplo, por derretimiento del hielo) implica mayor absorción de energía solar. A la vez, el aumento de gases de efecto invernadero incrementa la reemisión de radiación infrarroja hacia la superficie (aumenta k). Aunque la emisividad no cambie, el sistema recibe más energía neta, lo que eleva la temperatura global. Todo esto altera el equilibrio térmico.
¿Qué pasa si el hielo polar se derrite?
Disminuye el albedo global → aumenta absorción → sube la temperatura.
Un satélite con superficie de 2 m² y emisividad 0.6 está expuesto al espacio a 3 K. Si su temperatura es de 350 K, ¿cuánta energía neta por segundo pierde?
Energía neta = e·σ·A·(T₁⁴ − T₂⁴)
≈ 0.6 × 5.67×10⁻⁸ × 2 × (350⁴ − 3⁴)
≈ 0.6 × 5.67×10⁻⁸ × 2 × (1.5×10⁸) ≈ 102 W
Algunos científicos proponen que aumentar el albedo terrestre (por ejemplo, cubriendo zonas urbanas con materiales blancos o lanzando aerosoles reflectantes a la atmósfera) podría compensar el calentamiento global.
Evalúa esta propuesta desde el punto de vista del balance energético y del efecto invernadero.
Aumentar el albedo terrestre disminuiría la cantidad de radiación solar absorbida por la superficie, lo que reduciría la energía entrante neta y, por lo tanto, disminuiría la temperatura de equilibrio del planeta.
Sin embargo, esta estrategia no aborda el problema del aumento de gases de efecto invernadero, que siguen atrapando radiación infrarroja emitida por la Tierra.
Aunque aumentar el albedo podría mitigar parcialmente el calentamiento, no resolvería los efectos a largo plazo de un aumento continuo de CO₂, como la acidificación de los océanos.
Además, puede tener consecuencias climáticas regionales imprevistas (como alteraciones en las precipitaciones).
Usando el modelo simplificado de balance energético de la Tierra, explica cómo un aumento simultáneo del albedo y de la emisividad afectaría la temperatura de equilibrio del planeta.
Justifica tu respuesta con base en la ecuación del modelo:
(1-a).S/4 = e⋅σ⋅T4
Si aumenta el albedo (a) → (1 − a) disminuye → menos energía absorbida → T disminuye.
Si aumenta la emisividad (e) → el planeta emite más eficientemente la energía → para mantener el balance, T también debe disminuir.
Conclusión:
Ambos cambios tienden a disminuir la temperatura de equilibrio. Si ocurren simultáneamente, sus efectos se suman, reduciendo aún más la temperatura. Esto implicaría un enfriamiento del planeta bajo el modelo simplificado.