Estudiante

TEMA: LEY DE STEFAN-BOLTZMANN

Objetivos:

Explicar a través de la Ley de Stefan-Boltzmann, el flujo emitido por un cuerpo negro.
Teoría:
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 elcuerpo radiante.

La energía radiante Q es la energía que aparece en forma de radiación y se mide en W.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:


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


Si se considera la influencia de la temperatura ambiental 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 demontaje
Amperímetro

Procedimiento:
1) Disponga sobre el banco óptico, el soporte que 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 elhorno, con ayuda del transformador de tensión, definiendo previamente la tensión con 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 delamplificador de voltaje en la mili voltímetro y con el galvanómetro conectado en serie.
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:
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
341
1.35*10^10
4.29*10^9
0.12*10^-3
6*10^-6
7.33*10^-2
2.43*10^2
600
404
2.66*10^10
1.74*10^10
0.29*10^-3
12*10^-6
2.98*10^-1
9.86*10^2
900
454
4.25*10^10
3.32*10^10
0.50*10^-3
20*10^-6
5.69*10^-1
1.89*10^3
1200
496
6.05*10^105.13*10^10
0.70*10^-3
28*10^-6
8.77*10^-1
2.91*10^3
1500
527
7.71*10^10
6.79*10^10
0.90*10^-3
34*10^-6
1.16
3.85*10^3
1800
556
9.56*10^10
8.63*10^10
1.05*10^-3
41*10^-6
1.48
4.89*10^3
Ejemplo de Cálculos:

a) Tomamos la primera fila de la tabulación de datos.
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
1.35*10^10
4.29*10^9
0,12
3*10^-6
7.33*10^-2
2.43*10^2

b) Primero se estableció la temperatura ambiente, la cual se estableció en el termómetro antes de empezar con la práctica.
La temperatura ambiental que se obtuvo fue 15°C, estase encontraba en grados centígrados entonces sabemos que:


Por lo tanto de ahí obtenemos:


c) Esta temperatura ambiental la elevamos a la cuarta, entonces obtenemos que:



d) Después al tomar el diámetro del lugar de radiación, con el calibrador correspondiente, este nos da un valor de 13, 35 pero en milímetros, por lo tanto sabemos que:
1 mm = 10-3 m
Entonces con esta fórmula...