¿Cómo se relacionan los infrarrojos con el calor?

La energía de la radiación electromagnética (particularmente un fotón) es

dónde$h$es la constante de Planck,$\nu$es la frecuencia,$c$es la velocidad de la luz y$\lambda$es la longitud de onda. Entonces puedes ver que a medida que aumenta la longitud de onda, la energía disminuye.

Diferentes longitudes de onda de radiación electromagnética se corresponden con diferentes energías de estados cuánticos. Los fotones pueden ser absorbidos por una molécula para ganar energía, pero solo de longitudes de onda específicas (dependiendo de la molécula y de los dos estados en transición).

Resulta que un fotón de la región infrarroja tiene una energía del orden de la energía de las transiciones vibratorias en las moléculas. Mencioné que cuando se absorbe un fotón, la molécula gana energía, pues también puede emitir un fotón y bajar su energía a otro de sus estados cuánticos vibracionales permitidos. Dicho esto, la razón por la cual la luz IR se produce y se asocia con el calor es que estás viendo cómo las moléculas pasan de un estado cuántico vibratorio a un estado cuántico vibratorio más bajo al emitir un fotón de energía apropiada (en la región IR).

Tenga en cuenta que los estados vibratorios solo son realmente accesibles a temperaturas más altas (generalmente cerca de la temperatura ambiente).

Toda la materia a granel irradia (aproximadamente) como un radiador de cuerpo negro , aproximadamente porque hay coeficientes de emisividad que dependen de los constituyentes. Para los gases la forma funcional es diferente.

La radiación tiene un espectro e intensidad específicos que dependen únicamente de la temperatura del cuerpo.

A medida que la temperatura disminuye, el pico de la curva de radiación del cuerpo negro se mueve hacia intensidades más bajas y longitudes de onda más largas. El gráfico de radiación de cuerpo negro también se compara con el modelo clásico de Rayleigh y Jeans.

Tenga en cuenta que la mayor parte de la radiación está en el infrarrojo.

El calor se puede definir como energía en tránsito desde un objeto de alta temperatura a un objeto de temperatura más baja. Un objeto no posee "calor"; el término apropiado para la energía microscópica en un objeto es energía interna. La energía interna se puede aumentar mediante la transferencia de energía al objeto desde un objeto de mayor temperatura (más caliente); esto se denomina propiamente calentamiento.

La pérdida de energía por un cuerpo negro viene dada por la ley de Stefan-Boltzman

Así, la energía que se lleva la radiación infrarroja reduce el contenido de calor del cuerpo radiante. Esta es la conexión de infrarrojos al calor.

Las interacciones microscópicas que dan origen a los fotones se explican en las otras respuestas. Esta respuesta se refiere al marco termodinámico.

Creo que entiendo tu confusión. La respuesta sería: te has equivocado. No existe un vínculo especial entre el calor y la radiación infrarroja, excepto por el hecho de que la mayoría de los cuerpos irradian la mayor parte de su calor en el espectro infrarrojo porque no tienen suficiente energía (calor) para irradiar a una frecuencia más alta. Ver los gráficos en este hilo.

Entonces uno podría reclamar la misma conexión entre los rayos X y el calor. De hecho, lo sería aún más, ya que las interacciones con los rayos X tienen una energía aún mayor, excepto que no hay muchas cosas que irradien rayos X alrededor. Probablemente.

La respuesta más sencilla es que por debajo de los 3.000 Kelvin de temperatura, el calor irradia EM (a menudo denominada luz por los físicos, aunque es todo EM, no solo luz visible) en el infrarrojo. Debido a que la mayor parte del calor genera luz en el infrarrojo, los científicos a menudo se refieren a la luz infrarroja como calor. Este es un término generalizado o una convención.

Técnicamente, la energía térmica y la luz son cosas diferentes, pero la energía térmica se puede medir por su radiación EM. Dada la temperatura suficiente, el calor puede producir luz visible como en nuestro sol, así como ultravioleta como en nuestro sol. Además, aunque la energía térmica y la luz son cosas diferentes, la energía térmica produce radiación en el espectro EM y la mayor parte del calor producido en la Tierra produce luz en el infrarrojo.

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Lo entiendo, esa es tu pregunta.

"Infrarrojo" es energía radiante electromagnética que generalmente abarca el rango de longitudes de onda desde aproximadamente 800 nm (IR cercano) hasta aproximadamente 100 micrómetros (IR lejano). La radiación infrarroja incluye emisiones de moléculas o átomos individuales, como consecuencia de las transiciones mecánicas cuánticas entre los estados de energía de esos átomos o moléculas. También incluye la emisión de un espectro continuo de energía radiante EM de grandes conjuntos de átomos o moléculas que tienen una temperatura superior a cero kelvin; siendo esa radiación totalmente debida y caracterizada por la temperatura del material, y no relacionada con ningún nivel de energía cuantificado que sea característico del material emisor. El origen de la radiación es la aceleración de carga eléctrica en los átomos o moléculas del material, mientras sufren distorsión como resultado de estar en colisiones entre sí; siendo esas colisiones características de la temperatura del material.

La "energía térmica", por otro lado, es energía puramente mecánica de traslación o vibración, rotación, etc., de los átomos o moléculas mismos, y no está relacionada con la carga eléctrica o las propiedades de los electros o estados atómicos. La energía térmica puede ser transportada a través de materiales físicos, como consecuencia de las colisiones entre átomos o moléculas y sus vecinos. (conducción) También se puede transportar, mediante el transporte físico a granel del propio medio (calentado) (convección).

La "energía térmica" NO es radiación electromagnética.

La radiación IR es una consecuencia de la energía térmica de un sistema, y ​​es de esta forma que la energía se propaga. Por supuesto, hay varias regiones en el espectro electromagnético y casi cualquiera de ellas puede transportar energía (en términos simples). Sin duda, debe haber oído hablar del microondas, que utiliza la radiación en el espectro de microondas para calentar los alimentos. Entonces, la relación entre el infrarrojo y el calor es que se puede decir que se generan el uno del otro.