Cuerpo Negro
Páginas: 6 (1308 palabras)
Publicado: 2 de diciembre de 2012
Radiación del cuerpo negro
Objetivos:
Determinar el flujo emitido por el cuerpo negro. Comprobar las leyes de Stefan-Boltzman y de Lambert. Estudiar la irradiación térmica en función de la distancia a la fuente.
Fundamento teórico
La radiación térmica es la radiación electromagnética emitida por un cuerpo a causa de su temperatura. Se llama cuerpo negro a aquel que absorbe todaradiación térmica sin reflejarla, es un sistema ideal y se usa para estudiar la radiación térmica.
La potencia radiada por el cuerpo negro es proporcional al área de este y a la cuarta potencia de la temperatura:
[pic] (1)
Siendo v una constante que vale 5.6703·10-8 W m-2K-4.
Si tenemos en cuenta de que el medio que rodea al cuerpo está a una temperatura T0 tendremos la energíaradiada menos la absorbida.
[pic] (2)
Para estudiar la variación de flujo tenemos dos posibilidades; estudiarlo con respecto a la distancia a la fuente (I) o el recibido por unidad de superficie (H):
[pic] (3)
[pic] (4)
donde [pic] es el ángulo sólido bajo el que se ve una superficie dS colocada normalmente a la dirección de la radiación y a una distancia r.Puesto que:
[pic] (5)
Sustituyendo (5) en (4) tenemos
[pic] (6)
Esta expresión es conocida como la ley de Lambert.
Metodología y Resultados
Para medir la emisión se usará una termopila desde distintas posiciones.
La primera parte de la práctica es ver la dependencia de dicha emisión con la temperatura. Para ello se coloca la termopila a 20cm del hornoy comenzamos a calentar el cuerpo, a partir de los 100ºC tomamos la f.e.m. cada 20 grados hasta los 350ºC aproximadamente. En la práctica se obtuvieron los siguientes resultados:
|f.e.m. (mV) [pic] |Temperatura (ºC) [pic]C |
|0.13 |100.0 |
|0.15|120.0 |
|0.18 |140.0 |
|0.22 |160.0 |
|0.28 |180.0 |
|0.33 |200.0 |
|0.39|220.0 |
|0.53 |240.0 |
|0.53 |260.0 |
|0.59 |280.0 |
|0.68 |300.0|
|0.77 |320.0 |
|0.87 |340.0 |
|0.91 |350.0 |
Tras representar la fuerza electromotriz frente a la cuarta potencia de la temperatura (gráfica 1) vemos que la dependencia puede serlineal (aplicando la ecuación (2)). Realizando un ajuste por mínimos cuadrados tenemos que
[pic]
Siendo a=vAT04 y b=-vA
Al ver la gráfica y el correspondiente valor de r quizás nuestros datos esten bastante dispersos, pero hay que tener en cuenta dos cosas: primero, que el cuerpo negro es un cuerpo ideal y, segundo, que a la hora de medir el sol daba directamente sobre la pila, produciendouna variación bastante considerable de nuestras medidas.
La segunda parte de la práctica consiste en estudiar el flujo en función de la distancia de la fuete radiante. Para ello, una vez con el cuerpo negro a 350º C (aproximadamente), medimos la f.em. a una distancia determinada y poco a poco vamos alejando la termopila en línea recta midiendo el flujo cada 5 cm.
Se obtuvieron los...
Objetivos:
Determinar el flujo emitido por el cuerpo negro. Comprobar las leyes de Stefan-Boltzman y de Lambert. Estudiar la irradiación térmica en función de la distancia a la fuente.
Fundamento teórico
La radiación térmica es la radiación electromagnética emitida por un cuerpo a causa de su temperatura. Se llama cuerpo negro a aquel que absorbe todaradiación térmica sin reflejarla, es un sistema ideal y se usa para estudiar la radiación térmica.
La potencia radiada por el cuerpo negro es proporcional al área de este y a la cuarta potencia de la temperatura:
[pic] (1)
Siendo v una constante que vale 5.6703·10-8 W m-2K-4.
Si tenemos en cuenta de que el medio que rodea al cuerpo está a una temperatura T0 tendremos la energíaradiada menos la absorbida.
[pic] (2)
Para estudiar la variación de flujo tenemos dos posibilidades; estudiarlo con respecto a la distancia a la fuente (I) o el recibido por unidad de superficie (H):
[pic] (3)
[pic] (4)
donde [pic] es el ángulo sólido bajo el que se ve una superficie dS colocada normalmente a la dirección de la radiación y a una distancia r.Puesto que:
[pic] (5)
Sustituyendo (5) en (4) tenemos
[pic] (6)
Esta expresión es conocida como la ley de Lambert.
Metodología y Resultados
Para medir la emisión se usará una termopila desde distintas posiciones.
La primera parte de la práctica es ver la dependencia de dicha emisión con la temperatura. Para ello se coloca la termopila a 20cm del hornoy comenzamos a calentar el cuerpo, a partir de los 100ºC tomamos la f.e.m. cada 20 grados hasta los 350ºC aproximadamente. En la práctica se obtuvieron los siguientes resultados:
|f.e.m. (mV) [pic] |Temperatura (ºC) [pic]C |
|0.13 |100.0 |
|0.15|120.0 |
|0.18 |140.0 |
|0.22 |160.0 |
|0.28 |180.0 |
|0.33 |200.0 |
|0.39|220.0 |
|0.53 |240.0 |
|0.53 |260.0 |
|0.59 |280.0 |
|0.68 |300.0|
|0.77 |320.0 |
|0.87 |340.0 |
|0.91 |350.0 |
Tras representar la fuerza electromotriz frente a la cuarta potencia de la temperatura (gráfica 1) vemos que la dependencia puede serlineal (aplicando la ecuación (2)). Realizando un ajuste por mínimos cuadrados tenemos que
[pic]
Siendo a=vAT04 y b=-vA
Al ver la gráfica y el correspondiente valor de r quizás nuestros datos esten bastante dispersos, pero hay que tener en cuenta dos cosas: primero, que el cuerpo negro es un cuerpo ideal y, segundo, que a la hora de medir el sol daba directamente sobre la pila, produciendouna variación bastante considerable de nuestras medidas.
La segunda parte de la práctica consiste en estudiar el flujo en función de la distancia de la fuete radiante. Para ello, una vez con el cuerpo negro a 350º C (aproximadamente), medimos la f.em. a una distancia determinada y poco a poco vamos alejando la termopila en línea recta midiendo el flujo cada 5 cm.
Se obtuvieron los...
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