ingeniero

PRÁCTICA
11

RADIACIÓN
TÉRMICA




OBJETIVO

Determinación
de
la
densidad
de
flujo
de
radiación
procedente
de
superficies
diferentes
y
estimación
de

sus
 emisividades.
 Determinación
 de
 la
 transmisividad
 de
 un
 vidrio
 a
 distintas
 longitudes
 de
 onda.

Comprobación
de
la
ley
de
Stefan‐Boltzmann.







MATERIAL
NECESARIO

!
!
!
!
!

!
!
!
!

Sensor
de
radiación
Lámpara
de
Stefan‐Boltzmann

Cubo
de
Leslie

Pantalla
opaca

Lámina
de
vidrio








Amperímetro

Óhmetro

Fuente
de
alimentación

Cables
para
conexiones


INTRODUCCIÓN
TEÓRICA

Al
 conjunto
 de
 radiación
 electromagnética
 emitida
 por
 un
 cuerpo,
 a
 temperatura
 superior
 al
 cero

absoluto,
 se
 le
 denomina
 radiación
 térmica.
 Esto
 sucede
 tanto
 si
 se
 encuentra
 o
 no
en
 equilibrio

termodinámico.
A
temperaturas
ordinarias
(por
debajo
de
unos
600
°C),
la
radiación
térmica
emitida
por

un
 cuerpo
 negro
 (emisor
 perfecto)
 no
 es
 visible
 porque
 la
 energía
 radiada
 presenta
 una
 distribución

espectral
centrada
en
la
región
infrarroja
del
espectro
electromagnético
(figura
1).
Al
irse
calentando
el
cuerpo
la
distribución
anterior
se
desplaza
hacia
longitudes
de
ondas
más
cortas.
Entre
600
y
700
°C,
se

emite
 suficiente
 cantidad
 de
 energía
 dentro
 del
 espectro
 visible
 como
 para
 que
 el
 cuerpo
 brille
 con
 un

color
 rojo
 oscuro.
 A
 temperaturas
 aún
 más
 elevadas,
 el
 cuerpo
 se
 hace
 rojo
 brillante,
 e
 incluso
 "rojo

blanco"
(como
el
filamento
de
una
lámpara).



INTENSITY PER UNIT WAVELENGTH
(arbitrary units)



1.0

-61.0x10

6000K

.8

.8
350K

.6

.6

.4

.4

.2

.2
.2

.4

.7 1

2

5

10

20

WAVELENGTH (microns)

50




Figura
1.
Distribución
espectral
de
la
radiación
de
un
cuerpo
negro
a
6000
K
y
350
K.


11
‐
1




La
ley
de
Planck
justifica
la
distribución
espectral
de
la
radiación
para
un
cuerpo
negro.
De
la
misma
se
deducen
además
dos
corolarios:
(i)
La
ley
de
Wien
(

λmaxT = cte ),
que
establece
la
longitud
de
onda
a
la

que
se
alcanza
la
máxima
emisión,
cuyo
valor
disminuye
a
medida
que
aumenta
la
temperatura,
y
(ii)
la

ley
 de
 Stefan‐Bolztmann,
 que
 establece
 que
 la
 densidad
 de
 energía
 emitida
 por
 unidad
 de
 tiempo

(densidad
de
flujo)


Jn 
es
proporcional
a
la
cuarta
potencia
de
la
temperatura
del
cuerpo,


€
4


Jn = σT 

















(2)


siendo
 

σ =€5.67×10−8 Wm−2K−4 
la
constante
de
Stefan‐Boltzmann.
Para
un
cuerpo
no
negro,
el
ritmo
al

cual
se
emite
la
energía
radiante
depende
de
la
temperatura
y
de
la
naturaleza
de
su
superficie,
de
forma

€
que
la
densidad
de
energía
emitida
por
unidad
de
tiempo
viene
dada
por


4


J = εσT ,



€














(1)


siendo
 ε
una
característica
de
la
superficie
(que
denominamos
emisividad)
relacionada
con
la
naturaleza

de
la
misma,
su
textura,
etc.
El
valor
máximo
de
la
emisividad
es
1,
y
se
corresponde
con
el
cuerpo
negro.


€
Por
 otra
 parte,
 cuando
 la
 radiación
 incide
 en
 una
 superficie,
 parte
 de
 la
 misma
 se
 refleja
 (

Jr ),
 parte
 se

€ transmite
(

Jt )
y
parte
se
absorbe
(

Ja).
La
relación
entre
cada
una
de
estas
tres
densidades
de
flujo
y
la

densidad
 de
 flujo
 incidente
 (

Ji )
 se
 denomina
 reflectividad,
 transmisividad
 y
 absortividad,

respectivamente.
Al
igual
que
la
emisividad,
definida
previamente,
todas
estas
características
ópticas
son

€
función
de
la
longitud
de
onda.
En
esta
práctica,
en
concreto,
se
determinará
la
transmisividad

€
€


τ ≡ Jt Ji 
de
una
lámina
de
vidrio
en
dos
regiones
espectrales
diferentes
(onda
corta
y
onda
larga).

€


€



PROCEDIMIENTO
EXPERIMENTAL

Descripción
del
material









PRECAUCIÓN:

EL
CUBO

PUEDE
ESTAR

MUY

CALIENTE







Figura
2.
Sensor
de
radiación


Figura
3.
Cubo
de
Leslie

















11
‐
2


El
sensor
de
radiación


Este
 sensor
 mide
 la
 intensidad
...