Radiación Solar y su Interacción con la Tierra: Unión P-N, Constante Solar, Efecto Atmosférico y Estaciones

Unión P-N

Cuando un material tipo P se pone en contacto con un material tipo N, se forma una capa límite o de barrera. Antes de la unión, las capas P y N son eléctricamente neutras. Al unirse, la capa P adquiere una carga negativa y la capa N una carga positiva, estableciéndose un campo eléctrico a través de la unión P-N. En equilibrio, la corriente total es nula. Sin embargo, si se polariza directamente, aplicando el lado positivo de la batería al material P y el negativo al N, el diodo conducirá. En cambio, si se polariza inversamente, aplicando el lado negativo al material P y el positivo al N, el diodo no conducirá.

Constante Solar

La constante solar de nuestro planeta es de 1353 W/m². Esto significa que las capas más altas de la atmósfera reciben 1,94 calorías de energía cada minuto por centímetro cuadrado (1353 x 0,24 / (10⁴ x 1/60) = 1,94). No obstante, nuestro planeta solo intercepta la energía que incide dentro de un área igual a un círculo máximo terrestre. La longitud de la circunferencia terrestre es R = 4 x 10⁷ / (2 x π) = 6,37 x 10⁶ m, y el área es π x R² = 1,27 x 10¹⁴ m². Por lo tanto, la energía total por segundo incidente en la Tierra es P = I x A = 1353 x 1,27 x 10¹⁴ = 1,72 x 10¹⁷ W (o 1,72 x 10¹⁴ kW). La constante solar sufre ligeras variaciones, siendo máxima cuando la Tierra está más cerca del Sol (diciembre y enero) y mínima cuando está más lejos (junio y julio).

Efecto de la Atmósfera

No toda la radiación solar interceptada por nuestro planeta llega hasta su superficie. Aproximadamente un 20% de la radiación que llega rebota en la atmósfera, principalmente debido a la reflexión causada por las nubes. Otra parte es absorbida por las diferentes moléculas que componen la atmósfera. La radiación ultravioleta es absorbida por el oxígeno y el ozono de las capas altas, por lo que no llega a la superficie en proporciones apreciables. La mayor parte de la absorción molecular tiene lugar en la región infrarroja, fundamentalmente debida a las moléculas de CO₂ y al vapor de agua. Las ondas incidentes también pueden sufrir difusiones. La radiación difusa se diferencia de la directa en que esta última no ha sufrido ningún cambio en su dirección. Todos estos fenómenos hacen que la intensidad de la radiación disminuya, y que el valor de la constante solar pase de 1353 W/m² fuera de la atmósfera a aproximadamente 1000 W/m² a nivel del mar.

Estaciones del Año

El plano en que está contenida la órbita terrestre, en la que la Tierra se mueve alrededor del Sol, se llama plano de la eclíptica. La recta que une los polos norte y sur, pasando por el centro de la Tierra, forma un ángulo de 23º 27' con respecto a la perpendicular al plano de la eclíptica. Los puntos en que la eclíptica corta con el ecuador celeste se llaman equinoccios. El equinoccio de primavera ocurre cuando el Sol pasa del hemisferio austral al boreal, mientras que el equinoccio de otoño ocurre cuando el Sol realiza el paso opuesto. Los puntos opuestos a los equinoccios son los solsticios, que marcan los momentos de máxima (verano) y mínima (invierno) declinación del Sol.