Radiación Térmica

UNIDAD VIII

RADIACION TERMICA
FISICA MODERNA.

La física moderna considera aquellas teorías desarrolladas como respuesta a un conjunto de fenómenos que resultaron inexplicables para la física clásica. Estas teorías se generan
a partir del año 1900, y tienen como particularidad el de ser completamente diferentes a las
teorías hasta entonces vigentes, vale decir la mecánica de Newton y lateoría electromagnética
de Maxwell.
La mecánica clásica falla cuando las partículas involucradas se mueven a altas veloci8
dades, entendiendo como tal a las velocidades próximas a la velocidad de la luz(c = 3*10
m/s). Se obtienen resultados inadecuados cuando se describe el movimiento de átomos y electrones. Se hace necesario, entonces, introducir ideas tales como la cuantización de laenergía
y de otras magnitudes físicas, y de los valores permitidos de estas magnitudes, aún cuando las
leyes de conservación siguen siendo válidas.
Respecto de las evidencias experimentales que dieron paso a la física moderna, se
pueden citar:
1.
La invariancia de la velocidad de la luz.
2.
El efecto fotoeléctrico.
3.
La radiación y absorción atómica (los espectros de líneas, los multipletes,el desdoblamiento de líneas espectrales, el efecto Zeeman)
4.
La radiación del cuerpo negro (espectro de frecuencias emitidas por un cuerpo caliente)
5.
La radiactividad (emisión espontánea de partículas cargadas).
6.
El efecto Compton y la naturaleza corpuscular de los fotones.
7.
La aniquilación de partículas.

RADIACION TERMICA.
La radiación térmica es la emisión de energía desde lasuperficie de un cuerpo que se
encuentra a una temperatura T (Tz 0). Esta energía se denomina energía radiante y se propaga en forma de ondas electromagnéticas.

Al analizar la energía emitida por un cuerpo, se observa que está compuesta por distintas longitudes de onda, y que la energía emitida por unidad de área y por unidad de tiempo
(poder emisivo) depende de la naturaleza de lasuperficie y de su temperatura.
Para cada sustancia existe una familia de curvas de
radiación, donde cada curva corresponde a una temperatura
determinada (figura 1), en las cuales se representa la emisividad
(IO) en función de la longitud de onda (O); la emisividad es la
energía emitida por unidad de tiempo y unidad de área en el
intervalo comprendido entre O y O+dO por la superficie a temperaturaT.
De toda la energía que incide sobre un cuerpo, una parte es absorbida y otra reflejada. Definiendo el poder de absorción del cuerpo como la razón entre la energía absorbida(Ea) y
la energía incidente(Ei), a

Ea
Ei

, y el poder de reflexión como la

razón entre la energía reflejada(Er) y la energía incidente(Ei),

77

r

Er
Ei

. Cada uno de estos coeficientes depende de lalongitud de onda(O), y evidentemente se

cumple que:

a O  rO

1.

Un cuerpo que tiene la propiedad de absorber toda la radiación que incide sobre él, o
sea un cuerpo con aO=1 para todo O, se denomina cuerpo negro. Según Kirchhoff el poder de
absorción de un cuerpo es igual al poder de emisión, y en consecuencia, el cuerpo negro sería
también el emisor más eficiente, y la energíaemitida por él se conoce como radiación del cuerpo negro o radiación de cavidad.
LEY DE STEFAN-BOLTZMANN.

La energía irradiada por unidad de área y de tiempo por un cuerpo negro es directamente proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta,

I
donde V

5.67 * 10 8

watt

m2K 4

³ I dO
f
0

O

VT 4

es la constante de Stefan-Boltzmann.

Cuando el radiador no esun cuerpo negro, la energía radiada es menor que la de un
cuerpo negro a igual temperatura, y se puede modificar la ley de Stefan-Boltzmann incorporando la emisividad D (0 T2 > T3

T3
T2

T1

O

Fig. 2
LEY DE RAYLEIGH-JEANS.

Rayleigh y Jeans se propusieron obtener una expresión teórica para la densidad de
energía en función de la temperatura y la frecuencia. Recurriendo a la...