radiación térmica

Se sabe que los espejos pirotécnicos datan de alrededor del año 700 a. C. Una de las primeras menciones precisas de espejos pirotécnicos aparece en la comedia de Aristófanes , Las nubes , escrita en el año 423 a. C. ^{[ 6 ]} Según la anécdota del rayo de calor de Arquímedes , se dice que Arquímedes desarrolló espejos para concentrar rayos de calor con el fin de quemar barcos romanos atacantes durante el asedio de Siracusa ( c. 213-212 a. C.), pero no se han confirmado fuentes de la época. ^{[ 6 ]} La Catóptrica es un libro atribuido a Euclides sobre cómo enfocar la luz para producir calor, pero el libro podría haber sido escrito en el año 300 d. C. ^{[ 6 ]}

Durante el Renacimiento, Santorio Santorio ideó uno de los primeros termoscopios . En 1612, publicó sus resultados sobre los efectos del calentamiento solar y sus intentos de medir el calor de la Luna. ^{[ 6 ]}

Anteriormente, en 1589, Giambattista della Porta informó sobre el calor que sentía en su rostro, emitido por una vela lejana y facilitado por un espejo metálico cóncavo. También informó sobre el enfriamiento que sentía al tocar un bloque de hielo sólido. ^{[ 6 ]} El experimento de Della Porta se replicaría muchas veces con creciente precisión. Fue replicado por los astrónomos Giovanni Antonio Magini y Christopher Heydon en 1603, y proporcionó instrucciones a Rodolfo II, emperador del Sacro Imperio Romano Germánico, quien lo realizó en 1611. En 1660, el experimento de Della Porta fue actualizado por la Accademia del Cimento utilizando un termómetro inventado por Fernando II, Gran Duque de Toscana . ^{[ 6 ]}

En 1761, Benjamin Franklin escribió una carta describiendo sus experimentos sobre la relación entre el color y la absorción de calor. ^{[ 7 ]} Descubrió que la ropa de colores oscuros se calentaba más al exponerse a la luz solar que la ropa de colores claros. Un experimento que realizó consistió en colocar trozos cuadrados de tela de varios colores en la nieve en un día soleado. Esperó un tiempo y luego midió que los trozos negros se hundían más en la nieve que los demás colores, lo que indicaba que se calentaban más y derretían más nieve.

Antoine Lavoisier consideraba que la radiación de calor estaba relacionada con el estado de la superficie de un cuerpo físico, más que con el material del que estaba compuesto. ^{[ 8 ]} Lavoisier describió un radiador deficiente como una sustancia con una superficie pulida o lisa, ya que sus moléculas se encontraban en un plano estrechamente unidas, creando así una capa superficial de fluido calórico que aislaba la liberación del resto en su interior. ^{[ 8 ]} Describió un buen radiador como una sustancia con una superficie rugosa, ya que solo una pequeña proporción de moléculas retenía el calor dentro de un plano determinado, permitiendo una mayor liberación desde el interior. ^{[ 8 ]} El conde Rumford citaría más tarde esta explicación del movimiento calórico como insuficiente para explicar la radiación de frío, lo que se convirtió en un punto de controversia para la teoría en su conjunto. ^{[ 8 ]}

En sus primeras memorias, Augustin-Jean Fresnel respondió a una idea que extrajo de una traducción francesa de la Óptica de Isaac Newton . Afirma que Newton imaginó partículas de luz atravesando el espacio sin la interferencia del medio calórico que lo llenaba, y refuta esta idea (que Newton nunca sostuvo) diciendo que un cuerpo iluminado aumentaría su temperatura indefinidamente. ^{[ 9 ]}

En el famoso experimento de Marc-Auguste Pictet de 1790 , se informó que un termómetro detectó una temperatura más baja cuando se utilizó un conjunto de espejos para enfocar "rayos frigoríficos" de un objeto frío. ^{[ 10 ]}

En 1791, Pierre Prevost, colega de Pictet, introdujo el concepto de equilibrio radiativo , según el cual todos los objetos irradian y absorben calor. ^{[ 11 ]} Cuando un objeto está más frío que su entorno, absorbe más calor del que emite, lo que provoca que su temperatura aumente hasta alcanzar el equilibrio. Incluso en el equilibrio, continúa irradiando calor, compensando así la absorción y la emisión. ^{[ 11 ]}

A principios del siglo XIX, los científicos demostraron que el calor radiante tenía las mismas propiedades que la luz. Casi al mismo tiempo, Augustin-Jean Fresnel demostró que la luz tenía una naturaleza ondulatoria , rechazando la teoría corpuscular de la luz . ^{[ 12 ]}

El descubrimiento de la radiación infrarroja se atribuye al astrónomo William Herschel . Herschel publicó sus resultados en 1800 ante la Royal Society de Londres . Herschel utilizó un prisma para refractar la luz del sol y detectó los rayos caloríficos, más allá de la parte roja del espectro, mediante un aumento de la temperatura registrada en un termómetro en esa región. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Thomas Young , quien había adoptado la teoría ondulatoria de la luz, escribe en 1902:

Durante mucho tiempo se consideró una opinión generalizada que el calor consiste en vibraciones de las partículas de los cuerpos y que puede transmitirse mediante ondulaciones a través de un aparente vacío (Newt. Opt. Qu. I8). Esta opinión ha sido prácticamente abandonada últimamente; el conde Rumford, el profesor Pictet y el señor Davy son casi los únicos autores que parecen haberla defendido. Sin embargo, parece haber sido rechazada sin fundamentos sólidos y probablemente recuperará su popularidad muy pronto.

En 1804, John Leslie experimentó con diferentes cubos llenos de agua caliente/fría con lados recubiertos de diferentes maneras. El experimento del cubo de Leslie demostró que las superficies negras emitían más radiación que las superficies plateadas. ^{[ 15 ]}

Joseph Louis Gay-Lussac escribió en 1920 que el desarrollo de la teoría de la propagación del calor en el vacío ( en francés : calorique du vide ) requeriría una nueva teoría del calor. ^{[ 12 ]}

Entre 1830 y 1832, Macedonio Melloni , con la ayuda inicial de Leopoldo Nobili , creó un termomultiplicador para realizar una serie de mediciones sobre el calor radiante. Melloni demostró que el calor radiante posee las mismas propiedades que la luz, incluyendo reflexión, refracción, difracción y polarización. Sin embargo, Melloni no adoptó plenamente la teoría ondulatoria del calor hasta 1847. ^{[ 12 ]}

Se atribuye a André-Marie Ampère la autoría del primer tratado sobre la propagación del calor como una onda en 1832, que amplió en 1835. Ampère no rechazó por completo la teoría calórica, pero se inclinó por la teoría ondulatoria por considerarla más conveniente. ^{[ 12 ]} Sin embargo, la teoría generó rechazo en la Academia Francesa de Ciencias . ^{[ 12 ]}

A pesar de su éxito, la teoría ondulatoria del calor fue abandonada en su mayoría por los principales científicos desde la década de 1850 con el desarrollo del concepto de equivalente mecánico del calor , la termodinámica y la teoría cinética de los gases . ^{[ 12 ]} En 1851, Lord Kelvin descartó la teoría ondulatoria de la luz como parte de la descripción mecánica estándar del calor, y escribe: ^{[ 12 ]}

La teoría dinámica del calor, establecida así por Sir Humphry Davy , se extiende al calor radiante mediante el descubrimiento de fenómenos, especialmente los de la polarización del calor radiante, que hacen excesivamente probable que el calor que se propaga a través del espacio vacío, o a través de sustancias diatermanas, consista en ondas de vibraciones transversales en un medio omnipresente.

En 1860, Gustav Kirchhoff publicó una descripción matemática del equilibrio térmico (es decir, la ley de radiación térmica de Kirchhoff ). ^{[ 16 ] : 275–301} A finales de la década de 1870, Samuel Langley inventó y patentó el bolómetro , un instrumento para medir la radiación térmica . ^{[ 17 ]}

En 1884, Josef Stefan infirió el poder emisivo de un cuerpo negro perfecto utilizando las mediciones experimentales de John Tyndall , y Ludwig Boltzmann lo derivó a partir de principios estadísticos fundamentales. ^{[ 18 ]} Esta relación se conoce como la ley de Stefan-Boltzmann . En 1893, Wilhelm Wien desarrolló empíricamente la ley de desplazamiento de Wien, que indica a qué longitud de onda la radiación es más intensa a una temperatura determinada para la radiación de cuerpo negro. ^{[ 19 ]}

A finales del siglo XIX, se demostró que la transmisión de luz o de calor radiante era posible gracias a la propagación de ondas electromagnéticas . ^{[ 20 ]} Las ondas de radiodifusión televisiva y radiofónica son tipos de ondas electromagnéticas con longitudes de onda específicas . ^{[ 21 ]} Todas las ondas electromagnéticas viajan a la misma velocidad; por lo tanto, las longitudes de onda más cortas se asocian con frecuencias altas. Todos los cuerpos generan y reciben ondas electromagnéticas a expensas del intercambio de calor. ^{[ 21 ]}

La teoría microscópica de la radiación es más conocida como la teoría cuántica y fue propuesta por primera vez por Max Planck en 1900. ^{[ 20 ]} Según esta teoría, la energía emitida por un radiador no es continua, sino que se presenta en forma de cuantos. Planck observó que la energía se emitía en cuantos de frecuencia de vibración, de forma similar a la teoría ondulatoria. ^{[ 22 ]} La energía E de una onda electromagnética en el vacío se obtiene mediante la expresión E = hf , donde h es la constante de Planck y f es su frecuencia.

Los cuerpos a temperaturas más elevadas emiten radiación a frecuencias más altas con una energía creciente por cuanto. Si bien la propagación de ondas electromagnéticas de todas las longitudes de onda se suele denominar "radiación", la radiación térmica se suele limitar a las regiones visible e infrarroja. En términos de ingeniería, se puede afirmar que la radiación térmica es una forma de radiación electromagnética que varía según la naturaleza de la superficie y su temperatura. ^{[ 20 ]}

Las ondas de radiación pueden propagarse siguiendo patrones inusuales en comparación con la conducción del calor . La radiación permite que las ondas viajen desde un cuerpo calentado a través de un medio frío no absorbente o parcialmente absorbente y regresen a un cuerpo más caliente. ^{[ 20 ]} Un ejemplo es el caso de las ondas de radiación que viajan del Sol a la Tierra.

En 1924, Satyendra Nath Bose derivó la ley de Planck a partir de un gas de fotones cuánticos . Bose y Albert Einstein establecieron el concepto del fotón como un bosón que sigue la estadística de Bose-Einstein . ^{[ 23 ]}

En 1953, Sergei Rytov fue pionero en el estudio de la radiación térmica en el campo cercano utilizando el teorema de fluctuación-disipación . A corta distancia, por debajo de la longitud de onda térmica , demostró que la transferencia de calor podía superar los límites establecidos por la teoría del cuerpo negro de Planck. En 1971, Dirk Polder y Michael Van Hove presentaron su trabajo sobre la transferencia de calor radiativa en el campo cercano entre cuerpos muy próximos, basándose en el trabajo de Rytov y comparándolo con montajes experimentales. ^{[ 24 ]}

Comparación de una imagen térmica (arriba) y una fotografía convencional (abajo). La bolsa de plástico es prácticamente transparente a la luz infrarroja de onda larga, pero las gafas del hombre son opacas.

La radiación térmica emitida por un cuerpo a cualquier temperatura consta de un amplio rango de frecuencias. La distribución de frecuencias viene dada por la ley de Planck de radiación de cuerpo negro para un emisor idealizado, como se muestra en el diagrama superior.

El rango de frecuencia (o color) dominante de la radiación emitida se desplaza hacia frecuencias más altas a medida que aumenta la temperatura del emisor. Por ejemplo, un objeto al rojo vivo irradia principalmente en las longitudes de onda largas (rojo y naranja) del espectro visible. Si se calienta aún más, también comienza a emitir cantidades perceptibles de luz verde y azul, y la dispersión de frecuencias en todo el espectro visible hace que parezca blanco para el ojo humano; está al rojo vivo . Incluso a una temperatura al rojo vivo de 2000 K, el 99 % de la energía de la radiación aún se encuentra en el infrarrojo. Esto se determina mediante la ley de desplazamiento de Wien . En el diagrama, el valor máximo de cada curva se desplaza hacia la izquierda a medida que aumenta la temperatura.

La intensidad de radiación total de un cuerpo negro aumenta con la cuarta potencia de la temperatura absoluta, según lo expresa la ley de Stefan-Boltzmann . Un horno de cocina, a una temperatura que duplica aproximadamente la temperatura ambiente en la escala de temperatura absoluta (600 K frente a 300 K), irradia 16 veces más energía por unidad de área. Un objeto a la temperatura del filamento de una bombilla incandescente —aproximadamente 3000 K, o 10 veces la temperatura ambiente— irradia 10 000 veces más energía por unidad de área.

En cuanto a la estadística de fotones , la luz térmica obedece a una estadística super-poissoniana .

Cuando la temperatura de un cuerpo es suficientemente alta, su espectro de radiación térmica se vuelve lo suficientemente intenso en el rango visible como para emitir un brillo visible. El componente visible de la radiación térmica a veces se denomina incandescencia , ^{[ 26 ]} aunque este término también puede referirse a la radiación térmica en general. El término deriva del verbo latino incandescere , 'brillar en blanco'. ^{[ 27 ]}

En la práctica, prácticamente todas las sustancias sólidas o líquidas comienzan a brillar alrededor de los 798 K (525 °C; 977 °F) , con un color rojo tenue, independientemente de si se produce o no una reacción química que genere luz como resultado de un proceso exotérmico. Este límite se conoce como punto de Draper . La incandescencia no desaparece por debajo de esa temperatura, pero es demasiado débil en el espectro visible para ser perceptible.   

La tasa de radiación electromagnética emitida por un cuerpo a una frecuencia determinada es proporcional a la tasa de absorción de dicha radiación, propiedad conocida como reciprocidad . Por lo tanto, una superficie que absorbe más luz roja irradia térmicamente más luz roja. Este principio se aplica a todas las propiedades de la onda, incluyendo la longitud de onda (color), la dirección, la polarización e incluso la coherencia . En consecuencia, es posible que exista radiación térmica polarizada, coherente y direccional; si bien las fuentes polarizadas y coherentes son bastante raras en la naturaleza.

La radiación térmica se diferencia característicamente de la conducción y la convección en que no requiere un medio y, de hecho, alcanza su máxima eficiencia en el vacío . La radiación térmica es un tipo de radiación electromagnética que a menudo se modela mediante la propagación de ondas. Estas ondas tienen las propiedades ondulatorias estándar de frecuencia,${\displaystyle \nu }$y longitud de onda ,${\displaystyle \lambda }$que están relacionadas por la ecuación $${\displaystyle \lambda ={\frac {c}{\nu }}}$$ dónde${\displaystyle c}$es la velocidad de la luz en el medio. ^{[ 28 ] : 769}

La irradiación térmica es la tasa a la que la radiación incide sobre una superficie por unidad de área. ^{[ 28 ] : 771} Se mide en vatios por metro cuadrado. La irradiación puede reflejarse , absorberse o transmitirse . Los componentes de la irradiación pueden caracterizarse mediante la ecuación $${\displaystyle \alpha +\rho +\tau =1\,}$$ dónde${\displaystyle \alpha }$representa la absortividad ,${\displaystyle \rho }$representa la reflectividad y${\displaystyle \tau }$representa la transmisividad . ^{[ 28 ] : 772} Estos componentes son función de la longitud de onda de la onda electromagnética, así como de las propiedades del material del medio.

Absorción y emisividad

La absorción espectral es igual a la emisividad.${\displaystyle \epsilon }$Esta relación se conoce como la ley de radiación térmica de Kirchhoff . Un objeto se denomina cuerpo negro si esta ley se cumple para todas las frecuencias y se aplica la siguiente fórmula: $${\displaystyle \alpha =\epsilon =1.\,}$$

Si los objetos parecen blancos (reflectantes en el espectro visible ), no necesariamente son igualmente reflectantes (y por lo tanto no emisivos) en el infrarrojo térmico; véase el diagrama de la izquierda. La mayoría de los radiadores domésticos están pintados de blanco, lo cual es lógico dado que no se calientan lo suficiente como para irradiar una cantidad significativa de calor, y no están diseñados como radiadores térmicos; en realidad son convectores , y pintarlos de negro mate no afectaría significativamente su eficacia. Las pinturas blancas a base de acrílico y uretano tienen una eficiencia de radiación de cuerpo negro del 93 % a temperatura ambiente ^{[ 29 ]} (lo que significa que el término "cuerpo negro" no siempre se corresponde con el color percibido visualmente de un objeto). Estos materiales que no cumplen con la condición de que "color negro = alta emisividad/absorción" probablemente tendrán una dependencia funcional de la emisividad/absorción espectral.

Solo los sistemas verdaderamente grises (emisividad/absortividad equivalente relativa y sin dependencia direccional de la transmisividad en todos los volúmenes de control considerados) pueden lograr estimaciones razonables del flujo de calor en estado estacionario mediante la ley de Stefan-Boltzmann. Encontrar esta situación "idealmente calculable" es casi imposible (aunque los procedimientos de ingeniería comunes renuncian a la dependencia de estas variables desconocidas y "suponen" que este es el caso). En el mejor de los casos, estas aproximaciones "grises" se acercarán a las soluciones reales, ya que la mayoría de las divergencias con respecto a las soluciones de Stefan-Boltzmann son muy pequeñas (especialmente en la mayoría de los entornos de laboratorio con temperatura y presión controladas estándar).

La radiación emitida desde una superficie puede propagarse en cualquier dirección desde la superficie. ^{[ 28 ] : 773} La irradiación también puede incidir sobre una superficie desde cualquier dirección. Por lo tanto, la cantidad de irradiación sobre una superficie depende de la orientación relativa tanto del emisor como del receptor. El parámetro intensidad de radiación,${\displaystyle I}$Se utiliza para cuantificar la cantidad de radiación que pasa de una superficie a otra.

La intensidad de la radiación se suele modelar utilizando un sistema de coordenadas esféricas . ^{[ 28 ] : 773}

Un "cuerpo negro" es un cuerpo que tiene la propiedad de permitir que todos los rayos incidentes entren sin reflexión en la superficie. ^{[ 16 ]}

Los cuerpos negros son superficies idealizadas que actúan como absorbentes y emisores perfectos. ^{[ 28 ] : 782–783} Sirven como estándar con el que se comparan las superficies reales al caracterizar la radiación térmica. Un cuerpo negro se define por tres características:

1. Un cuerpo negro absorbe toda la radiación incidente, independientemente de la longitud de onda y la dirección.
2. Ninguna superficie puede emitir más energía que un cuerpo negro para una temperatura y longitud de onda dadas.
3. Un cuerpo negro es un emisor difuso.

Ley de Stefan-Boltzmann

La distribución de Planck se puede utilizar para encontrar el poder emisivo espectral de un cuerpo negro,${\displaystyle E_{\lambda,b}}$como sigue, ^{[ 28 ] : 784–785}

$${\displaystyle E_{\lambda ,b}=\pi I_{\lambda ,b}.}$$

El poder emisivo total de un cuerpo negro se calcula entonces como: $${\displaystyle E_{b}=\int _{0}^{\infty }\pi I_{\lambda ,b}d\lambda .}$$

La solución de la integral anterior produce una ecuación notablemente elegante para el poder emisivo total de un cuerpo negro, la ley de Stefan-Boltzmann , que se expresa como: $${\displaystyle E_{b}=\sigma T^{4}}$$ dónde${\displaystyle \sigma }$es la constante de Steffan-Boltzmann .

Ley de desplazamiento de Wien

La longitud de onda${\displaystyle \lambda \,}$La ley de desplazamiento de Wien da como resultado la siguiente expresión para la cual la intensidad de emisión es máxima: $${\displaystyle \lambda _{\text{max}}={\frac {b}{T}}}$$

Para superficies que no son cuerpos negros, hay que tener en cuenta el factor de emisividad (que generalmente depende de la frecuencia).${\displaystyle \epsilon (\nu)}$Este factor debe multiplicarse por la fórmula del espectro de radiación antes de la integración. Si se toma como una constante, la fórmula resultante para la potencia de salida se puede escribir de una manera que contenga${\displaystyle \epsilon }$como factor: $${\displaystyle P=\epsilon \sigma AT^{4}}$$

Este tipo de modelo teórico, con una emisividad independiente de la frecuencia inferior a la de un cuerpo negro perfecto, se conoce a menudo como cuerpo gris . Para una emisividad dependiente de la frecuencia, la solución para la potencia integrada depende de la forma funcional de dicha dependencia, aunque en general no existe una expresión sencilla para ella. En la práctica, si la emisividad del cuerpo es aproximadamente constante alrededor de la longitud de onda de máxima emisión, el modelo de cuerpo gris suele funcionar bastante bien, ya que el peso de la curva alrededor de la máxima emisión tiende a dominar la integral.

La luz solar es la incandescencia de la superficie "blanca y caliente" del Sol. La radiación electromagnética del sol tiene una longitud de onda máxima de aproximadamente 550  nm, ^{[ 1 ]} y puede aprovecharse para generar calor o electricidad.

La radiación térmica se puede concentrar en un punto diminuto mediante espejos reflectantes, lo que aprovecha la energía solar de concentración . En lugar de espejos, también se pueden usar lentes de Fresnel para concentrar la energía radiante . Ambos métodos permiten vaporizar rápidamente el agua utilizando la luz solar. Por ejemplo, la luz solar reflejada por los espejos calienta la central solar PS10 , y durante el día puede calentar agua a 285 °C (558 K; 545 °F) .   

Se puede utilizar una superficie selectiva para extraer energía del sol. Estas superficies están diseñadas para maximizar la absorción de energía solar y minimizar la pérdida por radiación térmica. También se pueden usar en colectores solares.

La bombilla incandescente crea luz calentando un filamento a una temperatura en la que emite una cantidad significativa de radiación térmica visible. Para un filamento de tungsteno a una temperatura típica de 3000  K, solo una pequeña fracción de la radiación emitida es visible, y la mayor parte es luz infrarroja. Esta luz infrarroja no ayuda a la persona a ver, pero aun así transfiere calor al ambiente, lo que hace que las bombillas incandescentes sean relativamente ineficientes como fuente de luz. ^{[ 31 ]} Si se pudiera calentar más el filamento, la eficiencia aumentaría; sin embargo, actualmente no existen materiales capaces de soportar tales temperaturas que sean adecuados para su uso en lámparas.

Las fuentes de luz más eficientes, como las lámparas fluorescentes y los LED , no funcionan por incandescencia. ^{[ 32 ]}

La radiación térmica desempeña un papel crucial en el confort humano, influyendo en la sensación de temperatura percibida . Se han desarrollado diversas tecnologías para mejorar el confort térmico, incluidos los dispositivos personales de calefacción y refrigeración.

La temperatura radiante media es una métrica que se utiliza para cuantificar el intercambio de calor radiante entre un ser humano y su entorno.

Las ventanas de baja emisividad en las casas son una tecnología más compleja, ya que deben tener baja emisividad en longitudes de onda térmicas sin dejar de ser transparentes a la luz visible. Para reducir la transferencia de calor desde una superficie, como una ventana de vidrio, se puede colocar una película reflectante transparente con un recubrimiento de baja emisividad en el interior de la superficie. "Los recubrimientos de baja emisividad (low-E) son capas de metal u óxido metálico microscópicamente delgadas, prácticamente invisibles, que se depositan en la superficie de un acristalamiento de ventana o tragaluz principalmente para reducir el factor U al suprimir el flujo de calor radiativo". ^{[ 33 ]} Al añadir este recubrimiento, limitamos la cantidad de radiación que sale de la ventana, aumentando así la cantidad de calor que se retiene en su interior.

Las superficies metálicas brillantes presentan baja emisividad tanto en el espectro visible como en el infrarrojo lejano. Dichas superficies pueden utilizarse para reducir la transferencia de calor en ambas direcciones; un ejemplo de ello es el aislamiento multicapa empleado en las naves espaciales.

Dado que cualquier radiación electromagnética, incluida la radiación térmica, transmite tanto momento como energía, la radiación térmica también induce fuerzas muy pequeñas sobre los objetos que la irradian o la absorben. Normalmente, estas fuerzas son insignificantes, pero deben tenerse en cuenta al considerar la navegación de las naves espaciales. La anomalía de Pioneer , en la que el movimiento de la nave se desvió ligeramente del esperado solo por la gravedad, se atribuyó finalmente a la radiación térmica asimétrica de la nave. De manera similar, las órbitas de los asteroides se ven perturbadas, ya que el asteroide absorbe la radiación solar en el lado que mira al Sol, pero luego reemite la energía en un ángulo diferente a medida que la rotación del asteroide aleja la superficie caliente del campo de visión del Sol (el efecto YORP ).

Las nanoestructuras con propiedades de emitancia térmica selectiva espectralmente ofrecen numerosas aplicaciones tecnológicas para la generación y eficiencia energética, ^{[ 34 ]} por ejemplo, para la refrigeración radiativa diurna de células fotovoltaicas y edificios. Estas aplicaciones requieren una alta emitancia en el rango de frecuencia correspondiente a la ventana de transparencia atmosférica en el rango de longitud de onda de 8 a 13 micras. Un emisor selectivo que irradia fuertemente en este rango queda así expuesto al cielo despejado, lo que permite utilizar el espacio exterior como un disipador de calor de muy baja temperatura. ^{[ 35 ]}

En un entorno práctico a temperatura ambiente, los humanos pierden una cantidad considerable de energía debido a la radiación térmica infrarroja, además de la que se pierde por conducción al aire (ayudada por la convección simultánea u otros movimientos de aire como corrientes de aire). La energía térmica perdida se recupera parcialmente al absorber la radiación térmica de las paredes u otros entornos. La piel humana tiene una emisividad muy cercana a 1,0. ^{[ 36 ]} Un ser humano, con aproximadamente 2 ^m²  de superficie y una temperatura de unos 307 K , irradia continuamente aproximadamente 1000 W. Si las personas están en interiores, rodeadas de superficies a 296 K, reciben de vuelta unos 900 W de la pared, el techo y otros entornos, lo que resulta en una pérdida neta de 100 W. Estas estimaciones dependen en gran medida de variables extrínsecas, como el uso de ropa.     

Los colores claros, así como los blancos y las sustancias metálicas, absorben menos luz incidente y, por lo tanto, se calientan menos. Sin embargo, el color influye poco en la transferencia de calor entre un objeto a temperaturas cotidianas y su entorno. Esto se debe a que las longitudes de onda dominantes emitidas no se encuentran en el espectro visible, sino en el infrarrojo. Las emisividades en esas longitudes de onda no guardan mucha relación con las emisividades visuales (colores visibles); en el infrarrojo lejano, la mayoría de los objetos presentan altas emisividades. Por lo tanto, salvo bajo la luz solar directa, el color de la ropa influye poco en la sensación térmica; del mismo modo, el color de la pintura de las casas influye poco en la sensación térmica, excepto cuando la parte pintada recibe la luz del sol.

La radiación térmica es un fenómeno que puede quemar la piel e incendiar materiales inflamables. El tiempo que tarda en producirse un daño por exposición a la radiación térmica depende de la velocidad de emisión del calor. El flujo de calor radiactivo y sus efectos se describen a continuación: ^{[ 37 ]}