La emisión en el Infrarrojo y temperatura

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En el sistema idealizado de la Física nos encontramos con la irradiancia de los objetos cuando incide una radiación de energía electromagnética. Estoy hablando del fenómeno físico de Radiación del Cuerpo Negro, donde el cuerpo vuelve a irradiar energía térmica, es decir una radiación electromagnética con un equivalente de temperatura.

^{Foto Infrarroja de calor superficial de la Tierra. NASA, CC0}

En esta imagen satelital se utilizó una cámara con sensores de radiación infrarroja para poder captar la radiación electromagnética térmica de la superficie del planeta, siendo consistente con el promedio de la temperatura medida en la Zona Tropical y en las regiones de los polos Norte y Sur. E importante señalar que fue un estudio realizado durante 1 año y presentado en el 2013 con un equilibrio termodinámico que tomó en cuenta las estaciones del año y la influencia térmica de las nubes y otros fenómenos atmosféricos.

Archivo:Gráfico de un cuerpo negro.png

^{Radiación de un Cuerpo Negro. Wricardoh, CC0-3.0}

Un cuerpo muy caliente tendrá una intensidad mayor comparado con un objeto frío. Sin embargo, la equivalencia térmica no sólo es cualitativa, sino que puede expresarse por medio de una relación matemática presentada por Rayleigh-Jeans (Teoría Clásica) y Planck (Teoría Cuántica), pero que muchos han convenido en representarla como:

λ_pico.T = 2,898x10^-3 m.K

tomando en cuenta la longitud de onda a la que se obtiene la mayor intensidad.

Un ejemplo evidente es la coloración roja que adquiere un trozo de acero cuando lo calentamos y al cual se le asocia a más de 700 ºC. También en las luminarias incandescentes o fluorescentes que según la luz sea cálida o fría se le asocia una temperatura de irradiación en condiciones de equilibrio termodinámico con su entorno.

File:Incand-3500-5500-color-temp-comparison.png

^{Luminarias y temperatura.}^{Carta de temperaturas de luminarias.}

Ahora que sabemos la equivalencia entre la temperatura y la radiación electromagnética de los cuerpos, podemos pasar al tema de equipos y técnicas de detección de la radiación energética de los cuerpos que tienen una diferencia de temperatura y que a simple vista no podemos discriminar con nuestra visión. Es por ello que apareció la Técnica de Termografía Infrarroja como parte de la Física Óptica para la obtención de imágenes que no son detectables por cámaras normales sino en aquellas que vienen equipadas con detectores de radiación infrarroja en los rangos cercano y lejano del espectro electromagnético.

^{Termografía de un vehículo con zonas calientes}

Esta técnica permite representar a través de imágenes bidimensionales la intensidad de calor mediante una coloración calibrada y adoptada según el estudio que se realiza para indicar una temperatura equivalente. Por ejemplo, en la termografía anterior, el azul representa cerca de 10 ºC, mientras que el rojo está los 70 ºC. Esta técnica ha permitido desarrollar nuevas formas de diagnóstico médico, ya que constituye una manera de exploración no invasiva de nuestro cuerpo y poder detectar algunas patologías donde existe una diferencia de temperaturas bantantes notables debido a las reacciones químicas de los compuestos inorgánicos u orgánicos, así como a la generación de calor por el metabolismo anormal de las células u órganos afectados.

La radiación Infrarroja para la detección del Cáncer

Ya existen estudios clínicos bastante demostrados que la Termografía Infrarroja puede aportar un diagnóstico temprano sobre la aparición de tumores en ciertas partes del cuerpo, ya que puede dar origen a un incremento del flujo sanguíneo y automáticamente se genera un aumento de temperatura en la zona de afectación.

File:Termografia.jpg
^{Termografía. Marceflore, CC-BY-SA-4.0}

En este tipo de termografía, la calibración con la temperatura corporal no es la misma que se utilizó en el caso del vehículo mostrado arriba, sino que tiene una asignación de color-temperatura diferente, el azul esta cerca de 21 ºC mientras el rojo indica cerca de 30 ºC. La temperatura del cuerpo humano es aproximadamente 36 ºC y normalmente la zona tumoral ronda los 34 ºC y más temperatura, pero se enmascara debido a que son de un tamaño muy pequeño, entre 0,5 y 5 cm de diámetro, por lo que se requieren estudios complementarios para el diagnóstico final.

La Radiación Infrarroja fue descubierta por Herschel en 1738.

La primera cámara termográfica con sensores infrarrojos fue diseñada por AGA en 1960.

El diagnóstico de Cáncer de Seno, usando Termografía Mamaria no invasiva, fue aprobado en 1981.

Nuevamente aparece la relación mágica entre la longitud de onda, la energía térmica y el color, permitiendo la aplicación de nuevas tecnologías en beneficio del bienestar de las personas y el desarrollo de nuevas capacidades de investigación científica en estas áreas de la Física. Trataré de presentarles un nuevo tema relacionado con la radiación electromagnética invisible para nuestros ojos, pero que pueden detectarse con equipamiento adaptado para ese rango de Energía.

Te recomiendo las siguientes referencias sobre este tema:

Termografía

Termografía Infrarroja

Historia de la Cámara Termográfica

Detección del Cáncer con luz Infrarroja

Termografía Infrarroja Mamaria

Prueba de detección de Cáncer