Radiación Térmica

RADIACIÓN TÉRMICA

1.- Objetivos:
1.1.- PARTE I
Determinar la radiación a través de cuatro superficies diferentes.
1.2.- PARTE II
Verificar la ley del cuadrado inverso.
1.3.- PARTE III
Comprobar la ley de Stefan Boltzmann.

2.- Fundamento teórico:
La radiación térmica se encuentra en la región infrarroja del espectro electromagnético, el cual se extiende desde las señales deradiofrecuencia hasta los rayos γ. Su fuente son los cuerpos calientes debido a oscilaciones de las moléculas que los conforman. La energía asociada a la radiación térmica se puede medir utilizando sensores tales como termopares los cuales responden al calor generado por algún tipo de superficie. Se dice que un cuerpo se encuentra en equilibrio térmico cuando emite la misma cantidad de radiación térmicaque absorbe; desprendiéndose de aquí, que los buenos absorbentes de la radiación son buenos emisores de la misma. A un absorbente o emisor ideal de la radiación se le llama cuerpo negro.
La física que se conocía hasta el año 1900 había logrado explicar ciertos aspectos relacionados con la radiación térmica. En 1879 Josef Stefan había observado que la intensidad de la radiación es proporcional a lacuarta potencia de la temperatura. Años mas tarde Ludwing Boltzmann puso esta observación sobre una sólida base teórica y hoy se conoce como la Ley de Stefan Boltzmann la cual establece que:

(1)

Donde

R: radiación térmica emitida por un objeto a una temperatura T
:Constante de Stefan-Boltzmann = 5.67 x10-8 Wm-2K-4
T: Temperatura del objeto en consideración, medida en Kelvin.

Los trabajos de Stefan, Boltzmann y Wien, entre otros, sirvieron como base para que Lord Raileigh y Sir James Jeans, llegaran a una fórmula desarrollada en términos de la física clásica para la radiación de cuerpo negro, la cual estuvo de acuerdo con los resultados experimentales sóloparcialmente. La discrepancia fue resuelta poco tiempo después por Max Planck en términos de una nueva concepción de la energía asociada al campo electromagnético, lo que dio origen a la física cuántica.
En condiciones normales de laboratorio, un experimento para comprobar esta ley, debe considerar si la temperatura ambiente dentro del laboratorio afecta o no los resultados. Si se considerantemperaturas del objeto T por encima de 1000 grados Kelvin, la cuarta potencia de la temperatura ambiente es despreciable comparada con la cuarta potencia de la temperatura del objeto. Pero si se consideran temperaturas menores a 370 grados Kelvin, deberá incluirse dentro del procedimiento la medición de la temperatura ambiente la cual ya no podrá ser despreciada.

2.1.- Cuerpo negro

La superficiede un cuerpo negro es un caso límite, en el que toda la energía incidente desde el exterior es absorbida, y toda la energía incidente desde el interior es emitida.



3.- Procedimiento:
3.1.- PARTE I
Se dispuso de un instrumento llamado sensor de radiación térmica, cuyo sensor debía estar descubierto solo en el momento de la medición. Para realizar la medición se debía mover desde la partede atrás del sensor, hasta la parte de adelante, un anillo incorporado en el instrumento, que permitía que el sensor quede descubierto. Se utilizó un cubo de radiación térmica, el cual constaba de cuatro caras de diferentes superficies; este cubo se lo conectó a una toma de corriente. El mismo cubo se lo conectó con un multímetro, y al mismo tiempo se conectó el sensor con un milivoltímetro. Seencendió el cubo a una determinada alimentación y se realizaron las mediciones de radiación colocando el sensor en cada superficie del cubo. Se leyeron los datos de resistencia desde el multímetro (útil para determinar la temperatura mediante interpolación) y de radiación desde el milivoltìmetro. Se realizó dicho procedimiento para diferentes magnitudes de alimentación, esperando que el por cada...