Che cos'è la potenza radiante?
La parola "radiante" deriva dalla parola "raggio", pensato per essere un pacchetto di energia, che scorre in movimento in linea retta da una fonte a un bersaglio. Il termine "potenza radiante" si riferisce all'energia media, sostenibile, elettromagnetica (EM) ricevuta da una fonte, naturale o artificiale, nel tempo. Maggiore è la durata dell'esposizione alle radiazioni o energia radiante, maggiore è la potenza radiante prodotta. L'energia radiante può essere impiegata solo se la sua fonte, modalità di trasmissione e bersaglio, di solito un rivelatore o una centrale elettrica, sono stabili e sostenibili per un determinato periodo di tempo.
Le tre parti della distribuzione di energia radiante - la fonte, la trasmissione e l'obiettivo - possono essere illustrate in un sistema naturale. Ad esempio, la potenza radiante dei fotoni del sole viene trasmessa sulla Terra e può colpire bersagli naturali come le foglie degli alberi. Inizia il processo di fotosintesi, l'anidride carbonica viene convertita in glucosio e l'albero sviluppa un accumulo di energia chimica.
L'energia EM in entrata può essere trasformata sul bersaglio anche in altre forme di energia utilizzabile. I comuni, le case e le imprese impiegano processi per sfruttare l'energia proveniente da varie fonti di energia radiante. Questo viene fatto principalmente per produrre elettricità.
Il sole è la fonte più vicina di radiazione EM della Terra, distribuendo una vasta gamma di pacchetti di energia, chiamati quanti, che oscillano a varie frequenze. Più velocemente oscillano i pacchetti, maggiori sono le quantità di energia radiante che trasmettono. Il decadimento atomico, a causa della debole forza nucleare, e le interazioni atomiche violente nell'evoluzione delle stelle producono l'intero spettro di potenza radiativa. I rivelatori che gli astronomi usano per visualizzare l'universo fanno uso dell'intero spettro delle frequenze EM, ma gli esseri umani, che possono naturalmente rilevare le radiazioni solo nello spettro della luce, hanno inventato tecnologie per identificare e sfruttare le frequenze da onde radio a basso consumo, microonde e onde infrarosse ai raggi X ad alta energia.
Poiché la materia arriva in pacchetti più piccoli e più energici, si trasmette nello spazio intermedio in modo tale che se uno provasse a trovare la sua posizione, sarebbe in grado di osservarla solo statisticamente. Secondo gli esperimenti, all'incirca le dimensioni di un atomo di idrogeno, i pacchetti di energia diventano non locali. Cioè, le loro posizioni possono essere determinate solo come distribuzioni statistiche, la probabilità che il pacchetto di energia venga campionato in un luogo o tempo specifico.
Gli umani creano centrali elettriche artificiali per catturare l'energia radiante per l'uso in vari modi. L'energia del sole riscalda un corpo nero, emettendo onde infrarosse, agitando e riscaldando le molecole d'acqua per l'uso in casa e nell'industria. Quando le onde luminose sono impostate in fase, funzionano come laser per focalizzare la potenza su piccole aree di superficie.
Albert Einstein ha vinto il Premio Nobel per la fisica nel 1921 per aver descritto l'effetto fotoelettrico che si verifica quando la luce colpisce i cavi conduttivi, facendo fluire gli elettroni nel metallo; il fotovoltaico è nato da questa scoperta. Le microonde riscaldano il cibo attraverso l'interazione di onde infrarosse radianti con molecole alimentari. Il calcolo della quantità di insolazione dal sole nel tempo dà ai climatologi un'idea della potenza radiante disponibile per forzare il riscaldamento e il raffreddamento della Terra.