Ejercicio Teoría. Pregunta Q1 · Física II UPC 2016

Describa los fundamentos físicos del efecto invernadero basándose en el comportamiento de transparencia selectiva que presenta el vidrio frente a las diferentes longitudes de onda de la radiación electromagnética.

Solución: El efecto invernadero térmico en recintos acristalados descansa sobre el fenómeno físico de la transparencia selectiva de los materiales transparentes (como el vidrio ordinario) en función de la longitud de onda de la radiación incidente: - Radiación solar incidente (onda corta): La radiación que emite el Sol procede de un cuerpo a unos 5800 K de temperatura superficial. Conforme a la ley de desplazamiento de Wien ($\lambda_{max} \cdot T = 2898\ \mu\text{m}\cdot\text{K}$), el espectro solar se concentra esencialmente en longitudes de onda cortas, correspondientes al rango visible y al infrarrojo cercano ($0{,}3\ \mu\text{m} \le \lambda \le 2{,}5\ \mu\text{m}$). El vidrio común es altamente transparente en esta banda espectral, permitiendo que la mayor parte del flujo energético solar atraviese la superficie acristalada e ingrese en el recinto. - Absorción interior: Los cerramientos y superficies interiores (suelos, muros, mobiliario) absorben esta radiación de onda corta, incrementando su energía interna y elevando su temperatura hasta regímenes moderados (típicamente entre 15 °C y 40 °C, es decir, en torno a 300 K). - Reemisión térmica (onda larga): A estas temperaturas ambientales de trabajo, los cuerpos interiores emiten radiación térmica en el rango del *infrarrojo lejano o térmico* (con picos centrados alrededor de los $10\ \mu\text{m}$). En esta banda de longitudes de onda ($\lambda > 3\ \mu\text{m}$), el vidrio se comporta como un cuerpo prácticamente opaco, con una transmitancia casi nula y una elevada absorbancia y reflectancia. - Atrapamiento energético: La radiación de onda larga emitida por el interior no puede escapar directamente al exterior por radiación a través del vidrio. Este absorbe dicha energía y la reirradia en ambas direcciones (hacia el interior y el exterior). Al sumarse este efecto al confinamiento convectivo (bloqueo de las pérdidas por corrientes de aire), se origina una elevación progresiva de la temperatura de equilibrio en el interior del recinto.