El color
y el calor
Manuel
Álvarez
La energía
del Sol viaja por el vacío a través de la distancia
que separa la Tierra del Sol en forma de ondas electromagnéticas,
y los humanos detectamos visualmente como luz blanca o visible casi
50 % de esta radiación que el Sol envía a la
Tierra.
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El concepto de luz
solar como sinónimo de energía solar no es del todo correcta,
ya que realmente no vemos toda la energía que atraviesa nuestra
atmósfera, y aquella de muy baja frecuencia; o sea, de onda larga
o infrarrojo no es detectada por el ojo humano.
Tampoco podemos ver
aquella de frecuencia muy alta o ultravioleta, ya que dañaría
irreparablemente nuestra vista. La luz blanca solar contiene una degradación
de colores que van desde el rojo hasta el violeta (Fig.1).

Fig.1. Secuencia de colores y longitudes de onda de la luz solar.
El espectro electromagnético
Cuando una luz blanca pasa a través de un prisma, se puede ver
una banda con los colores del arco iris. Un prisma es un objeto de cristal
transparente (o de plástico) con dos caras opuestas en forma de
triángulo u otra forma geométrica. Un prisma descompone
los colores al refractar cada uno de ellos en un ángulo diferente.
La banda de colores producida cuando la luz pasa a través de un
prisma se llama espectro (Fig.2).

Fig.2. Descomposición espectral de la luz al pasar por un prisma.
Las diferentes longitudes
de onda de la luz afectan a nuestros ojos de modo distinto, y esto es
interpretado por el cerebro humano como diversos colores. Lo que llamamos
luz roja tiene una longitud de onda relativamente grande. Los diversos
tonos de la luz anaranjada tiene longitudes de onda más pequeñas,
y éstas van decreciendo en la luz amarilla, verde, azul y, finalmente,
violeta. Esta última es la que tiene longitudes de onda más
cortas.
Esta lista de colores, desde el rojo hasta el violeta, incluye tan solo
la "luz visible". Hay longitudes de onda más grandes
que las de la luz roja, que no afectan a la retina del ojo y son, por
ende, invisibles. Entre ellas figuran las radiaciones que denominamos
ondas infrarrojas, microondas y ondas de radio. Aunque no pueden verse,
pueden detectarse con los instrumentos adecuados.
Además, hay longitudes de onda más pequeñas que la
luz violeta y que son también invisibles, porque no afectan a la
retina hasta el punto de producir la sensación de luz. Sin embargo,
estas radiaciones de onda muy cortas pueden dañar físicamente
la retina y por ello son peligrosas, tanto más, cuando son invisibles.
Entre las radiaciones de onda corta figuran las ondas ultravioleta, los
rayos X y los rayos gamma. Estos pueden ser también detectados
con instrumentos adecuados. Toda la escala de estas radiaciones se designa
con el nombre de "espectro electromagnético".
El
color de los objetos
El color de un objeto depende de lo que le sucede cuando la luz incide
sobre él. Los diferentes materiales absorben algunos colores y
reflejan otros. Los colores que vemos son los colores reflejados por el
objeto. Por ejemplo, una hoja de color verde absorbe todos los colores
excepto el color verde. La hoja refleja el color verde y ése es
el color que vemos. Las cosas de color negro absorben todos los colores
y no reflejan ninguno. Las cosas de color blanco reflejan todos los colores.
Un filtro cromático absorbe ciertos colores de la luz y deja pasar
otros.
Los colores rojo, azul y verde son los colores primarios de la luz. Al
mezclar estos colores se pueden producir todos los colores del espectro.
La retina del ojo tiene células sensibles a los colores de la luz.
Algunas células responden sólo al rojo. Otras responden
al verde. Hay otras células que responden solamente al color azul.
Si sobre la retina inciden cantidades iguales de luz roja, azul y verde,
vemos blanco. Pero cuando sólo inciden el rojo y el verde, vemos
amarillo.
Los colores que resultan de mezclar pigmentos son diferentes de los colores
que resultan de mezclar luces de colores. El magenta, el cian y el amarillo
son llamados pigmentos primarios. Un objeto que tenga cualquiera de estos
colores absorbe un color primario de la luz y refleja los otros dos. Cuando
se mezclan apropiadamente estos pigmentos se puede crear el color que
se desee al reflejar una mezcla de los colores primarios de la luz. La
mayoría de los colores que vemos son combinaciones de dos o más
colores.
En dependencia del color o de la superficie, la luz se refleja de forma
diferente. Esto resulta muy interesante a la hora de elegir los colores
con los que fabricar la ropa, los autos, los techos y otros objetos de
nuestra vida cotidiana. Si utilizamos, por ejemplo, ropa de un color que
refleje bastante la luz, no tendremos tanto calor en verano como si fuese
de un color que no la refleje tanto.
El
calor
Si un objeto emite luz roja por sí mismo significa que está
a una temperatura capaz de dañar nuestra piel. La energía
que se sitúa a partir del rojo visible es aquella que contiene
todos los colores que los humanos conocemos. Los colores de las cosas
corresponden al color o colores de la luz o luces que reflejan cuando
son iluminados por el Sol. De aquí que sea muy distinto un objeto
pigmentado de rojo que un objeto "al rojo" a causa de su temperatura.
El primero no se ve en la oscuridad y el segundo sí.
La luz ultravioleta corresponde a las radiaciones electromagnéticas
de muy alta frecuencia. Su energía puede destruir la visión.
El ultravioleta corresponde a la radiación que nos quema la piel
y produce el color "tostado" o bronceado. Posee un alto poder
germicida, por lo que se utiliza mucho en la esterilización de
productos, tratamiento germicida en la piel y otros usos controlados.
El Sol envía a la Tierra grandes cantidades de energía ultravioleta
que resultarían mortales para la vida orgánica del planeta.
De hecho este es uno de los peligros del espacio exterior. Sin embargo,
existe un filtro natural en las capas de nuestra atmósfera, que
impide el paso a un alto porcentaje de ultravioleta. Ese filtro, como
sabemos, es la capa de ozono.
Como ya hemos mencionado, el color es una cualidad de la luz y la "luz"
(como algo definido por la visión humana) es la que contiene todos
los colores que conocemos. Sin embargo, ese concepto de "luz"
corresponde a la percepción sensorial (en este caso mediante el
ojo humano) de un cierto rango de la energía que el Sol nos envía.
El ojo es una extensión de nuestra piel, sensible al rango visible
del espectro electromagnético. Por su parte la piel también
es sensible a ciertas temperaturas de los objetos. Estos, a causa de su
temperatura, emiten energía. Nuestras sensaciones de frío
o calor tienen que ver con este fenómeno.
Cuando un objeto emite por sí solo luz significa que está
a una temperatura que la piel de nuestras manos pueden sentir desde cierta
distancia y que el ojo humano ya no puede ver, pero en ningún caso
tocar, pues nos haría daño.
El filamento de una lámpara incandescente está a 2 800 0C.
Se trata de una temperatura muy alta, con la cual logra emitir una luz
relativamente débil y de baja energía, color amarillo anaranjado.
De ahí su ineficiencia. La única forma de que un objeto
como este emita "luz blanca" igual al Sol, sería elevando
su temperatura a 6 300 0C, pero esto es físicamente imposible,
pues el objeto se fundiría.
Relación
entre color y calor
Otro ejemplo para relacionar calor y color lo entrega un quemador común
de gas (acetileno, gas manufacturado o licuado). Cerrando el paso del
aire, la combustión se torna débil por falta de oxígeno
y la llama toma un color anaranjado, propio del quemado de leña.
Este fuego es de color naranja y suele impregnar con hollín las
ollas a causa de la mala combustión (el humo negro es carbono sin
combustionar).
Si se abre el paso de aire para que haya una mejor oxigenación
se logra una llama de color azul, sin humo. Eso indica una combustión
total y, por lo tanto, mayor temperatura de emisión. Obteniendo
una regulación óptima la llama será azul-violeta,
lo que indica aún más temperatura.
La luz que emite esta llama; o sea, su calor, será también
relativamente más alta a medida que su color de emisión
derive hacia el violeta. Es así como la luz blanca, con todos sus
colores, está contenida en una pequeña parte del espectro
electromagnético, cuyos colores representan distintas cantidades
de energía, es decir, el calor. Si un objeto desprende un color
más allá del violeta, estará emitiendo ultravioleta,
que es el caso de una soldadura por arco eléctrico. La luz emitida
por ella es de tal intensidad que el soldador debe utilizar protecciones
especiales para no perder la vista o quemarse la piel con la luz ultravioleta.

Reflexión de la radiación solar en un objeto verde.

Reflexión de la radiación solar en un pigmento negro superficial.

Reflexión de la radiación solar en un pigmento blanco.
Entonces,
es muy distinto "el color de la luz que emite un objeto" (lo
cual es proporcional a su temperatura superficial) de "el color de
la luz que es reflejada por un objeto" (lo cual corresponde a su
pigmentación). Este "color de un objeto" iluminado desde
afuera por luz blanca, corresponde a aquellos colores de luz que llegan
a nuestra vista luego de que la luz blanca se refleja en él (el
objeto puede estar frío y ser invisible en una habitación
oscura).
De lo anteriormente expuesto podemos sacar las siguientes conclusiones:
-Si un objeto se ve de "color blanco" significa que su pigmentación
superficial es capaz de reflejar todos los colores de la luz; o sea, toda
la luz blanca, y esto provoca en el cerebro esa sensación de "color
blanco".
-La síntesis aditiva de color, que corresponde a las mezclas de
colores de la luz, no tiene nada que ver con la síntesis sustractiva
(absorción) que se logra mezclando pinturas de color.
-Todas las luces mezcladas dan como resultado la luz blanca.
-Todos los pigmentos mezclados dan como resultado el color negro.
Una habitación oscura representa para el ojo humano, la "no
presencia de la luz" o el color oscuro. Por otra parte, si un objeto
no refleja ningún color, la sensación que entrega es de
"negro".

La luz solar de muy bajas (infrarrojo) y muy altas (ultravioleta) frecuencias
es invisible para el ojo humano.
Sin
embargo, sólo la ultravioleta puede dañar la visión.
Captación
de la energía solar
El recubrimiento negro no refleja ningún color y absorbe casi toda
la radiación solar (90 a 98 %). En la vida cotidiana, como
hemos dicho antes, se aprovecha esta propiedad cuando nos vestimos con
colores oscuros en invierno; y en el verano, de color blanco, ya que refleja
casi todas las longitudes de onda (15 a 40 %). Todos los otros
colores están en porcentajes intermedios en proporción a
su tono y brillo.
En síntesis, el color de una superficie da una buena indicación
de la absorción de la radiación solar. La absorción
decrece y la luz reflejada aumenta con la claridad del color, pero el
color no indica el comportamiento de una superficie con respecto a la
radiación que pueda emitir en virtud de su temperatura.
Por ejemplo, las pinturas negras y blancas tienen muy diferentes poderes
de absorción de la radiación solar y una superficie negra
se vuelve más caliente por la exposición al Sol; pero las
emisiones de onda larga de los dos colores son iguales y se enfrían
igualmente en la noche por radiación a la bóveda celeste.
Para la absorción y la reflexión de los rayos de onda larga
(térmicos), tienen mayor importancia el estado de la superficie
que el color. Independientemente del color, la reflexión de las
superficies lisas y pulidas es muchas veces superior que el de las rugosas.
En resumen, el color de una superficie influye en la capacidad de reflexión
y de absorción de la radiación solar. El estado de la superficie
(lisa o rugosa) influye en la capacidad de reflexión y absorción
de la radiación del infrarrojo lejano.
A continuación damos dos herramientas fundamentales para el
aprovechamiento de la energía solar:
El color negro: La pigmentación negra se ve así porque no
devuelve o refleja
ninguna luz. La luz que recibe es absorbida por el objeto pigmentado que
de esa manera "atrapa" la energía aumentando su cantidad
de calor y, por consecuencia, su temperatura. El negro opaco es profusamente
usado en los captadores de energía solar. Uno de los desafíos
de la tecnología es la búsqueda de un pigmento "perfectamente
negro" para cubrir los captadores de energía.

El color blanco: El pigmento blanco, por su parte, actúa como reflector
de la luz, devolviendo todos los colores que inciden en él. El
blanco es también muy usado en el aprovechamiento de la energía
solar, y obtener pigmentos "perfectamente blancos" constituye
otro desafío para la ciencia, con vista a su aplicación
en sistemas de iluminación y equipos solares.
No obstante, en la realidad la pigmentación no es perfecta. Por
lo tanto, sólo un porcentaje de la luz es reflejada o absorbida.
Este porcentaje se conoce como "coeficiente de absorción"
o "coeficiente de reflexión", según sea el caso.
Un coeficiente de absorción de 0,9 significa que 90 % de
la luz que incide en un objeto será absorbida por él.

Por otra parte, existen materiales que, pigmentados o no, dejan pasar
parte de la luz que reciben. Es el caso de los materiales parcialmente
transparentes que pueden ser plásticos o de vidrio. En ellos operan
tres coeficientes, ya que si alguno tiene algún pigmento, refleja
y absorbe parte de la luz y el resto es transmitido. Un vidrio común,
por ejemplo, podrá transmitir entre 80 ó 90 % de
la luz que incide en él.
El calor y el color están asociados. El calor del color y el color
del calor son conceptos muy utilizados en energía solar.
El calor es la medida de la energía y la energía viaja desde
el Sol en forma de onda electromagnética que, al ser filtrada por
la atmósfera, hacen llegar la luz blanca visible, más un
pequeño contenido de infrarrojo y una pequeña parte de ultravioleta.
Esta es la "energía solar" que podemos utilizar en nuestros
sistemas para el aprovechamiento de la energía solar.
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