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TEMA: LEY DE STEFAN-BOLTZMANN

Objetivos:

Analizar y explicar a través de la Ley de Stefan-Boltzmann, el flujo emitido por un cuerpo negro.

Teoría:

Conceptos Básicos:

Radiación: es el proceso de transmisión de ondas o partículas a través del espacio o de algún medio; el término también se emplea para las propias ondas o partículas. Las ondas y las partículas tienen muchascaracterísticas comunes; no obstante, la radiación suele producirse predominantemente en una de las dos formas.

Cuerpo Negro: es aquel que absorbe toda la energía radiante incidente sobre él, ya sea calorífica, luminosa o de cualquier índole; puede ser una superficie metálica ennegrecida o el carbón negro.

Temperatura: es medir el calor o frialdad relativos y de la observación de que elsuministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su temperatura mientras no se produzca la fusión o ebullición.

Tensión: Cantidad de voltios que actúan en un aparato o sistema eléctrico, es el trabajo necesario para desplazar una carga positiva unidad de un punto a otro en el interior de un campo eléctrico; en realidad se habla de diferencia de potencial entre ambos puntos (VA - VB).
La unidadde diferencia de potencial es el voltio (V).

Marco Teórico – Ley de Stefan-Boltzmann

La radiación de calor es de naturaleza electromagnética, producida cuando es absorbida por un cuerpo. La radiación de temperatura es energía radiada por un cuerpo, la cual depende del calor contenido por el cuerpo radiante.
La energía radiante Q es la energía que aparece en forma de radiación y se mide enW.s. El flujo radiante Ф es la cantidad de energía radiante ∆Q propagada en el intervalo de tiempo ∆t, entonces:



De acuerdo a la ley de Stefan-Boltzmann, un cuerpo negro que se encuentra a la temperatura T, emite un flujo radiante:




º Donde A es el área de radiación y σ es la constante de Stefan- Boltzmann, cuyo valor es:



Si se considera la influencia de la temperaturaambiental To, el flujo radiante, puede expresarse como:


Equipo:

Horno eléctrico
Soporte para el horno
Cuerpo negro
Termómetro digital
Termocupla
Accesorio para cuerpo negro
Galvanómetro
Diagrama de iris
Amplificador de voltaje
Mili voltímetro
Fuente de tensión
Banco óptico
Conductores
Material de montaje
Amperímetro

Procedimiento:

1) Disponga sobre el banco óptico, el soporteque sostiene al horno eléctrico, introduzca en éste el cuerpo negro. Coloque delante, el accesorio respectivo, de tal manera que circule agua a través de él.

2) Luego, anteponga el diagrama de iris con una abertura cuya área ha sido previamente calculada, y posteriormente la termopila de Moll.

3) Caliente el horno, con ayuda del transformador de tensión, definiendo previamente la tensióncon la que se va ha trabajar.

4) La temperatura del cuerpo radiante determínese con el termómetro digital y la termocupla.

5) Esta energía radiante emitida por el cuerpo negro, que pasa a través de la abertura del diagrama de iris, cáptela con la termopila de MolI, la misma que podrá ser medida con ayuda del amplificador de voltaje en la mili voltímetro y con el galvanómetro conectado enserie.

6) Determine la temperatura ambiental To, y luego cada 5 minutos, determine la temperatura del horno T, su respectiva tensión termoeléctrica (U) y la corriente generada (I).



Tabulación de Datos:

Apreciación del Amperímetro: 1 μA
Apreciación del Amplificador de medida(Tensiómetro): 0.01Mv
Apreciación del Termómetro: 1°C (Digital)
Temperatura Ambiental: To = 288°K;To4=6,88 x 109 °K
Área de Radiación = 1,399 x 10-10 m2
Tiempo
(s)
Temperatura del Horno
Tensión
(V)
Corriente
(A)
Flujo Radiante
(W)
Densidad de Flujo Rad.
(W.m-2)

T(°K)
T4 (°K4)
T4 - To4 (°K4)




300
386
2,22 x 1010
1,53 x 1010
0,09 x 10-3
4 x 10-6
1,21 x 10-7
8,65 x 102
600
458
4,40 x 1010
3,71 x 1010
0,28 x 10-3
12 x 10-6
2,93 x 10-7
20,94 x 102
900
530
7,89...