Si me parara junto a un trozo de metal calentado a un millón de grados, pero en un vacío perfecto, ¿me sentiría caliente?

Un amigo mío me dijo que si te pararas junto a una placa de metal que está a millones de grados de temperatura, dentro de un 100 % de vacío, no sentirías su calor. ¿Es esto cierto? Entiendo el razonamiento de que no hay aire, por lo tanto, no hay convección y, a menos que lo toque, tampoco hay conducción. Estoy más preguntando sobre la radiación térmica emitida por él.

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Respuestas (8)

Estoy más preguntando sobre la radiación térmica emitida por él.

Aquí hay una estimación cuantitativa.

Suponga que la placa caliente permaneció intacta el tiempo suficiente para realizar el experimento. Para una estimación aproximada, podemos tratar la placa de metal caliente como un cuerpo negro. Según la ley de desplazamiento de Wien , la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro a temperatura T es más fuerte en la longitud de onda

(1) λ = b T b ≈ 2.9 × 10 − 3   metro ⋅ k .
La potencia total emitida por unidad de área viene dada por la ley de Stefan-Boltzmann
(2) PAG A = σ T 4 σ ≈ 5.7 × 10 − 8   W metro 2 ⋅ k 4 .
Para T = 10 6   k , estas estimaciones dan
λ ≈ 2.9 × 10 − 9   metro
y
PAG A ≈ 5.7 × 10 dieciséis   W metro 2 .
Esta longitud de onda está en el rango de los rayos X , y este nivel de potencia es más de un billón de veces la potencia que una persona en la Tierra recibiría del sol si no hubiera nubes ni aire.

¿Lo sentirías? No estoy seguro. Probablemente sólo muy brevemente.

Dado lo lentas que son las señales nerviosas en comparación con la luz, estoy bastante seguro de que no lo sentirías :P
¿Es justo aproximar un metal con un cuerpo negro? ¿Los metales comunes tienen una alta emisividad a altas temperaturas (mientras aún no se vaporizan)?
@Ruslan. Reformulando un comentario del usuario Fattie: “Sin duda y obviamente, la cuestión de que el metal no sería un metal, o un cuerpo negro, o vaporizado , a esa temperatura, no es el punto de la pregunta.
Todavía hay algunas dudas sobre el tamaño del plato y la distancia entre la persona y el plato. Una placa de un millón de Kelvin de un metro cuadrado a 150 millones de kilómetros de distancia no hará mucho porque su radiación se extenderá sobre la esfera de la que es el centro.
@ J.Manuel Aun así, el comentario de Ruslan sigue siendo justo si se preguntan si eso tendría un efecto importante en la respuesta.
@Ian OP especificó que la persona de prueba se pararía "al lado del plato" y mencionó "pero no tocarlo". Entonces la distancia es de 0.1 a 1 metro.
@Ruslan Incluso si de alguna manera la placa solo emitiera el 0.1% de lo que esperaría de la radiación del cuerpo negro, no cambiaría mucho en esas escalas.
Además, incluso si ignoramos la radiación, la placa de metal que explota te vaporizará antes de que sientas algo. A un millón de grados no existe una placa de metal, solo plasma caliente y denso...
@ J.Manuel A esas temperaturas, entramos en el reino de la materia "exótica". Los electrones serán libres (suficientes), eso significa cuerpo negro.
@Aron Quiero decir, te estás enfocando en la idea equivocada. Cuando dos amigos están discutiendo, esas cifras ridículas tienen la intención de hacer un punto. En este caso, ese " calor no se puede transferir a través del vacío, o solo se transfiere mínimamente a través de la radiación ", que es la principal preocupación del OP, y la respuesta corta es " no, se puede ". Entonces, 100000 grados no es el punto aquí. Esta respuesta va más allá al incluso dar una idea de lo que sucedería si estuviera junto a "algo (cualquier cosa)" a 1000000 grados: probablemente sería atomizado.
J.Manuel Oooo los electrones tienen energías relativistas! ¡Entonces la radiación de Cherenkov también comenzaría a tener en cuenta!

Las otras respuestas brindan una buena explicación de por qué su amigo está equivocado en este caso. Solo quiero señalar cómo ambos podrían llegar fácilmente a la misma conclusión sin saber mucho de la física involucrada:

La superficie del Sol tiene unos 6000 grados (Celsius y Kelvin). Está separado de ti por 150 millones de kilómetros de vacío, pero puedes sentirlo claramente. De ello se deduce que también podría sentir temperaturas más altas, hasta el punto en que no podía sentir nada en absoluto.

Si bien es cierto, no se sigue. Sin un conocimiento más amplio, podríamos concluir que mientras la atmósfera que nos rodea se calienta, el espacio más allá no lo está.
@Strawberry No entiendo qué punto estás haciendo. ¿Estás haciendo una distinción entre lugares donde hay algo que calentar (la atmósfera) y donde no hay nada (el espacio exterior)? Si es así, dondequiera que estés, por definición hay algo que calentar. Si simplemente está diciendo que podrían ser algo especial acerca de la atmósfera que absorbe calor donde un cuerpo humano no lo haría, no hay una razón a priori para pensar eso.
Sin embargo, sentir el Sol desde la Tierra no se trata de la temperatura de la superficie del Sol, ¿o sí? Me parece que se trata de la radiación de las reacciones nucleares allí.
@Dronz no, si te refieres a los rayos gamma. No sientes los rayos gamma como calor. Es radiación térmica que puedes sentir como calor. Y la radiación térmica es una consecuencia directa de la temperatura superficial.
@Džuris Oh, entonces, ¿cualquier cosa con una superficie tan grande a esa temperatura irradiaría tanta radiación térmica, independientemente del interior (aunque la superficie es el resultado del interior en este caso)? (¿Y sería justo decir que la radiación térmica es luz?)
@Dronz Exactamente. Además, solo una fracción relativamente pequeña de la radiación penetra en las capas superiores del sol, la mayor parte rebota en el interior y creo que se convierte en radiación de longitud de onda más larga, como la infrarroja.
@Strawberry "mientras que la atmósfera que nos rodea se calienta, el espacio más allá no". Sin embargo, ese es el punto: la temperatura de la atmósfera se eleva a un par de cientos de Kelvin más de lo que sería si no fuera calentada por el Sol, y el Sol es mucho más frío y más distante que el objeto hipotético de la pregunta. Si un objeto con una temperatura superficial de 6000 kelvin separado por 150 millones de km de vacío puede calentar algo en un par de cientos de kelvin, entonces un objeto a un millón de grados kelvin a una distancia de solo un metro definitivamente tendría un efecto de calentamiento notable. .
Al igual que Dronz, estoy un poco desconectado aquí. El núcleo de la Tierra también está a unos 6000 K y mucho más cerca. Sin embargo, no estamos bronceados por su radiación de cuerpo negro. No digo que no disfrutaría del calor geotérmico calentando mi casa en los inviernos :-) Solo me sorprendió un poco que el sol fuera "solo un cuerpo negro a 6000K".
@JyrkiLahtonen, la radiación del núcleo de la Tierra es detenida por las capas de metal y roca sobre el núcleo. La energía tiene que transferirse por conducción, lo que lleva mucho tiempo con algo tan masivo como un planeta. También es por eso que la superficie del Sol tiene solo 6kK en lugar de 15MK.
@JyrkiLahtonen La superficie del Sol frente al núcleo de la Tierra . Si expusieras mágicamente el núcleo de la Tierra, brillaría tanto como el Sol. Tenga en cuenta que "broncearse" no es el punto de todos modos, ya que esa es la parte que no proviene de la superficie: los niveles de UV similares al Sol necesitan temperaturas más altas que las del núcleo de la Tierra. Pero ese doble no importa, ya que de todos modos no sientes los rayos UV como calor, razón por la cual es tan fácil quemarse con el sol en un día ligeramente nublado; la luz visible e infrarroja (la mayor parte del "calor" que sentimos) es fácilmente absorbida y dispersada incluso por nubes delgadas, mientras que la UV no lo es.
Gracias @Luaan. Sí, hablar de "bronceado" era obtuso.
Gracias @MichaelS. Tiene sentido. Supongo que estaba un poco sorprendido de que la temperatura de la superficie del Sol (o la de esta "placa" imaginaria) sea lo único que importa.
Temperatura superficial de @anaximander de 6000 kelvin separados por 150 millones de km - Recuerden que el sol es enorme . Si tomara un trozo de metal calentado a 6000 Kelvin y lo colocara a 150 millones de kilómetros de usted, ni siquiera lo notaría. No liberaría ni una fracción de la energía que libera el sol.
@bosque Correcto. El objeto n veces el tamaño del sol tendría que estar n veces más cerca si no me equivoco con las matemáticas.

Tu amigo está completamente equivocado. Considere las siguientes cosas:

  1. La temperatura de la que hablas es muy alta, ningún metal estaría en estado sólido a la temperatura de la que hablas. Entonces, antes de que su placa alcance millones de grados, se habría derretido mucho antes.

  2. Su comprensión es correcta en términos de radiación térmica. La radiación del Sol llega a la Tierra y hay un vacío en el medio. Entonces, si tiene un objeto tan caliente como está hablando, emitirá energía de radiación térmica por unidad de tiempo según la ecuación de Stefan-Boltzmann. Y recuerda, la tasa de radiación emitida es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura, por lo que duplicar la temperatura aumentaría la tasa 16 veces. ¡Puedes calcular la energía que llega por unidad de área de tu piel y descubrir qué sucederá!

¿No quiere decir que la placa se sublimará en lugar de derretirse, ya que la temperatura está por encima de su punto de ebullición?
@Ferrybig Como OP no ha mencionado la velocidad a la que la temperatura aumenta a millones de grados, por lo tanto, no he asumido que la temperatura aumentaría repentinamente a millones de grados. Estoy de acuerdo en que ninguno de los OP ha mencionado que la temperatura aumenta lentamente para permitir que el metal se derrita, así que supongo que entiendo tu punto. Es solo que, dada la intención de la pregunta, no me sentí demasiado técnico sobre cosas que no importan el mensaje general que la respuesta debe transmitir. A veces, siento que ser demasiado técnico cuando no hay necesidad podría matar el objetivo de transmitir la idea.
Curiosamente, en este caso creo que podría sublimar; pero no por las razones que sugiere ferrybig. Probablemente también dependa en gran medida del metal, solo pude encontrar rápidamente información sobre el hierro. Si asume un vacío realmente perfecto, el hierro no tiene una fase líquida a esas presiones, por lo que se sublimaría, al menos inicialmente. La presión parcial del vapor de hierro podría ser suficiente para que el resto comience a derretirse de todos modos una vez que parte de él se evapore.
@JMac Bueno, ese es un buen punto, no pensé en esta dirección. Gracias por publicar.
@Ferrybig se ionizará por completo en lugar de sublimarse.
@OrangeDog Probablemente podría decir que hará ambas cosas. Comenzaría sublimando al inicio del calentamiento; pero una vez que comienza a alcanzar temperaturas más altas, no creo que sea razonable asumir que es un sólido, líquido o gas.

Un amigo mío me dijo que si te pararas junto a una placa de metal que está a millones de grados de temperatura, dentro de un 100 % de vacío, no sentirías su calor. ¿Es esto cierto?

No es verdad. El calor puede conducirse a través de un medio físico o puede transmitirse como radiación electromagnética, específicamente las ondas infrarrojas, que viajan a través del vacío.

Es posible que desee cambiar la parte en la que indica que el movimiento de los objetos a baja temperatura requiere convección/conducción. Todos los objetos emiten radiación de cuerpo negro. La intensidad/energía depende de la temperatura: es por eso que los depredadores con visión infrarroja pueden ver el calor de su presa, mientras que las cosas que se calientan unos cientos de grados brillan en rojo, y por qué las cosas que se calientan aún más se vuelven blancas. Puede que no sea visible a temperaturas más bajas, pero la radiación sigue ocurriendo.

En realidad, tu amigo probablemente tenga razón pero por la razón equivocada. Tanta energía lo va a freír en muy poco tiempo, y probablemente matará los nervios antes de que puedan decir "¡caliente!"

Recuerda, la energía va a la cuarta potencia de la temperatura. 100x la temperatura del sol es igual a 100 millones de veces la energía. No hay duda de que es suficiente para matarte muy rápidamente, la única incertidumbre que tengo aquí es si percibirás algo antes de que eso suceda.

¿Por qué los votos negativos? Esta es en realidad la respuesta más correcta. Estar cerca de algo que tiene más de cien veces la temperatura de la superficie del Sol te hará sentir muerto (sea lo que sea ).
+1 lo llevó a cero, pero sigue siendo una mala respuesta porque no explica por qué. Vea la respuesta más votada para ver un ejemplo del mismo punto bien hecho
No percibirías nada antes de que suceda. La energía que recibirías sería mayor que si te sentaras en una bomba de hidrógeno y, naturalmente, la onda de presión de una bomba viaja mucho más lentamente que la luz.
@forest El problema es qué tan rápido pueden sentir los nervios y qué tan rápido se mueven las señales a lo largo de los nervios. Las señales más rápidas son solo de unos 120 m/s y también le toma tiempo al cerebro traducir ese impulso en una sensación.

De hecho, la radiación térmica sería un problema, pero hay un par de facetas interesantes de esta pregunta y su respuesta que están oscurecidas por la hipérbole. Es instructivo quitar la hipérbole para aprender más.

En primer lugar, "millones de grados" no es compatible con "metal" en ningún sentido familiar. El hierro hierve a 2862°C. El tungsteno se funde a 3422°C y hierve a 5930°C[1]. A millones de grados tendrías una bola de plasma en expansión compitiendo con su propia radiación térmica para explotar y matarte. Podríamos postular que algo confina el plasma y, en ese caso, la radiación térmica lo cocinaría en poco tiempo, como se explora en otras respuestas.

Sin embargo, creo que su amigo puede haber estado pensando en un fenómeno muy real que a menudo queda oscurecido por los planes de estudios de física introductorios. No veo que se mencione aquí, pero literalmente y metafóricamente ha quemado a muchas personas, por lo que vale la pena reformular la pregunta para resaltar este fenómeno.

"Si mueve la mano cerca de un bloque de aluminio de 660°C, justo por debajo de su temperatura de fusión, ¿siente el calor, suponiendo que la transferencia de calor por convección es insignificante?"

Estamos familiarizados con los objetos calientes en la vida cotidiana, e intuitivamente esperamos que los objetos calientes irradien calor. La ley de Stefan-Boltzmann nos dice cuánta energía por área irradia un cuerpo negro, y muchos objetos en nuestra vida cotidiana se aproximan decentemente a los cuerpos negros. Bajo el supuesto de que el aluminio se comporta como un cuerpo negro, del cual ahora debería sospechar mucho, intuitivamente puede esperar sentir aproximadamente la siguiente potencia/área de calor irradiado cuando pasa la mano:

PAG A = σ T 4 ≈ ( 5.67 ⋅ 10 − 8 ) ( 273 + 660 ) 4 ≈ 4.3 W / C metro 2

Sentirías solo el 3% de eso. Puede suponer erróneamente que el aluminio tiene una temperatura baja, tocarlo y quemarse. Muchos tienen

La razón es simplemente que muchos materiales bajo muchas condiciones no se comportan como cuerpos negros. El aluminio es un caso atípico notorio. La relación entre la radiación térmica emitida real y la radiación de cuerpo negro se denomina emisividad térmica y varía bastante para diferentes materiales, acabados superficiales, etc.:

https://en.wikipedia.org/wiki/Emisividad

En el laboratorio, esto tiene consecuencias prácticas. No puede leer la temperatura de las superficies metálicas brillantes a través de una cámara térmica porque esas superficies se comportarán como espejos, no como barras luminosas que indican la temperatura. Puede solucionar este problema agregando pequeños parches negros a las partes brillantes que necesita medir.

Me sobresalto al menos una vez al año montando un circuito, observándolo a través de una cámara térmica para el primer encendido, estirando la mano para encender una fuente de alimentación y retrocediendo ante el salto repentino de temperatura debido a que veo el reflejo térmico de mi brazo en los componentes brillantes.

[1] Tomado directamente de las páginas de wikipedia para Hierro y Tungsteno. Creo que estas temperaturas suponen vacío, pero no lo verifiqué. De todos modos, no esperaría que P = 1 atm altere fundamentalmente la discusión.

Sentirías su radiación de cuerpo negro ya que es una onda EM y no necesita un soporte físico para propagarse. Además, "100% de vacío" no es una definición rigurosa del estado de su sistema.

La respuesta sería la misma independientemente de si estás o no en un vacío ultraalto o a 500 atmósferas. Morirías instantáneamente de cualquier manera.
@forest Tiene razón, acabo de señalar un problema en la definición de la pregunta, aunque no tiene influencia en el resultado.
@forest Bueno, en realidad a 500 atmósferas, habría una transferencia conductoconvectiva

Las respuestas del cuerpo negro están bien, pero me gustaría señalar que nadie ha tenido en cuenta la cantidad de material presente. Si tuviera un gas metálico con 100 átomos que obedecieran una distribución de Maxwell-Boltzman a la temperatura indicada, no sentiría nada.

100 átomos difícilmente pueden describirse como una "placa de metal" como se especifica en la pregunta
Dado que la placa es un disco de radio X, a 1 metro de la persona, aproximando el Sol como un disco de radio 700 Mm, 150 Mm de la persona, obtenemos 1 m= X²×15.6×10¹⁵÷441 , lo que nos da X = 170 nm de radio para igualar la intensidad del Sol. Del tamaño de un virus . (Radio de 1 μm con aluminio al 3% de emisividad). No creo que eso sea lo que tenía en mente el OP.
Si me parara junto a un trozo de metal calentado a un millón de grados, pero en un vacío perfecto, ¿me sentiría caliente?
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