¿Cuáles son los procesos físicos involucrados en sentir calor por la luz del sol?

Supongamos que un humano está acostado en una playa. Comienza a sentir calor después de exponer su piel a la luz solar. Supongo que esa sensación se debe a la capacidad del cuerpo humano de "medir" el aumento de temperatura de la piel.

Ahora quiero entender cuáles son los procesos físicos involucrados en este aumento de temperatura. Imagine un grupo de fotones que inciden sobre la piel en un cierto intervalo de tiempo. Traté de enumerar las posibles interacciones desde la perspectiva de la física de partículas entre los fotones y el tejido humano y concluí que las posibles interacciones pueden ser:

  1. Fotoionización
  2. dispersión Compton
  3. la dispersión de Rayleigh
  4. Producción de parejas

Los 3 primeros parecen razonables, pero el cuarto requiere un umbral de energía demasiado alto: no hay fotones incidentes que puedan tener esa energía. Concluyo que mirando el espectro de la luz solar que realmente llega a la superficie de la tierra debajo de la atmósfera. Entonces creo que la producción de parejas no juega un papel en esta situación.

¿Existen otros procesos de interacción entre los fotones y las moléculas tisulares implicados en el aumento de la temperatura del tejido humano?

Después de enumerar los procesos, me pregunto qué aumenta realmente la temperatura: ¿aumenta la temperatura porque las interacciones fotones-moléculas conducen a una transición de las moléculas a estados vibratorios excitados? o tal vez transiciones a estados rotacionales excitados?

Pensé que otra posibilidad es que las interacciones de los fotones estén aumentando la energía cinética de las moléculas de agua en la piel o tal vez estén aumentando la vibración de la red de otros tejidos (piel, huesos u otros). ¿Estos procesos están ocurriendo simultáneamente? ¿Uno de estos procesos (por ejemplo, la transición a estados rotacionales excitados) es dominante sobre los demás?

Estoy buscando una respuesta cualitativa, sin entrar en demasiados detalles de la Biología del cuerpo humano. Solo quiero crear una imagen aproximada de esta situación en mi mente. Quiero crear un "video" mental desde el instante en que un fotón o un grupo de fotones inciden en la piel hasta el momento en que las moléculas del tejido se ven afectadas y la temperatura empieza a subir.

Agradezco de antemano a quien responda a esta pregunta.

Le falta una buena fotoabsorción a la antigua en su lista, que en mi opinión es el proceso más relevante aquí. Estoy bastante seguro de que la piel humana normalmente no se ioniza en gran medida con la luz normal.
Esta es realmente una pregunta de biología, pero hay suficientes "cruces" por lo que no estoy a favor de cerrar aquí.

Respuestas (1)

¡Olvidaste la absorción de variedades de jardín! Aquí, la luz promueve electrones desde estados de menor energía a estados de mayor energía. Sin embargo, la piel está hecha de muchas partículas pequeñas, por lo que la dispersión también es importante.

Aquí está el video mental:

  1. La luz del sol ilumina la piel.
  2. La luz se encuentra con una interfaz dieléctrica desordenada que consiste en partículas en su mayoría transparentes a escala de longitud de onda.
  3. Se produce una dispersión masiva (impulsada en última instancia por la refracción y la difracción), y la luz penetra hasta cierta profundidad en la capa de la piel.
  4. Mientras tanto, hay fotoabsorción continua debido a la interacción de la luz con las moléculas de la piel. Esto excita a los electrones a estados de energía más altos que no están en equilibrio.
  5. Los electrones se relajan y regresan a sus estados fundamentales, pero al hacerlo transfieren su exceso de energía a vibraciones moleculares (calor).
  6. Estas vibraciones de todas las células dentro de la profundidad de absorción se fusionan y se propagan a través de empujones intermoleculares (no es un término técnico) hasta que excitan los nervios de la piel.
  7. Los nervios envían una señal al cerebro, que informa a la persona que la piel ahora está caliente.
Bonita secuencia. Tenga en cuenta que un segundo mecanismo para "sentir calor" es cuando la epidermis está físicamente dañada, es decir, quemada por el sol, pero eso aparece más tarde.
Lo realmente genial de esto es que este mismo proceso de absorción (fotones golpeando a los electrones) es el comienzo de la fotosíntesis. Excepto que en lugar de simplemente generar calor, desencadena una reacción química que elimina los carbonos del CO2.
¿Cuáles son los procesos físicos involucrados en sentir calor por la luz del sol?
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