Lab fisica iii - práctica Radiación Térmica

        Radiación Térmica

Termal radiation

Julián Andrés Cárdenas Bustos, Juan Sebastián Rojas Calderón y María Fernanda Rojas Ramírez.

Universidad Tecnológica de Pereira.

julianandres.cardenas@utp.edu.co, fernanda.rojas@utp.edu.co, sebastian.rojas3@utp.edu.co   

Resumen – En esta práctica de laboratorio se estudia el fenómeno de la radiación térmica. Con datos obtenidos, se comprueba la ley de Stefan-Boltzmann y se verifica la ley del cuadrado inverso para la radiación térmica.  

Palabras clave – Radiación térmica. Cuerpo negro. Ley de Stefan-Boltzmann.

Abstract- In this laboratory practice the phenomenon of thermal radiation is studied. With data obtained, the Stefan-Boltzmann law is verified and the inverse square law for thermal radiation is verified.

Key Word- Thermal radiation. Black body. Stefan-Boltzmann law.

I. INTRODUCCIÓN

La radiación térmica es una forma de emisión de ondas electromagnéticas, es decir, se puede considerar como las asociaciones de campos eléctricos y magnéticos que se propaga la velocidad de la luz. En el presente informe de laboratorio se estudió y comprobó la ley de Stefan-Boltzmann la cual plantea que la energía radiada por un radiador de cuerpo negro es proporcional a cuarta potencia de la temperatura absoluta

(Preinforme)

1. ¿En qué consiste la radiación térmica?

La radiación térmica es la radiación emitida por un objeto a cualquier temperatura, cuyas características dependen de la temperatura y de las propiedades del objeto. En la radiación térmica se puede observar una distribución de longitudes de onda. A bajas temperaturas, las longitudes de onda están principalmente en la región infrarroja y por lo tanto no son observadas por el ojo. A medida que aumenta la temperatura del objeto, este emite un brillo rojo, es decir, la radiación térmica se corre a la parte visible del espectro ya que medida que crece la temperatura la radiación emitida se compone de una distribución continua de longitudes de onda de las partes infrarroja, visible, y ultravioleta del espectro.

1. ¿A qué se le denomina radiación del cuerpo negro?

Un cuerpo negro es un sistema ideal que absorbe toda la radiación que incide sobre él y la radiación que el emite se denomina radiación del cuerpo negro.

1. ¿Qué establece la ley de Stefan

Es una de las propiedades interrelacionadas de la radiación de cavidad (radiación de un cuerpo negro). Ley: la potencial total irradiada por unidad de área de la abertura de la cavidad, sumada para todas las longitudes de onda, se llama intensidad radiante I (T) se relaciona con la temperatura:

I(T) = σ T 4

Donde σ =   es una constante universal de, llamada constate de Stefan Boltzmann. Los objetos calientes ordinarios irradian siempre menos eficientemente de lo que lo hacen los radiadores de cavidad.[pic 1]

Para generalizar la ecuación .[pic 2]

Donde  es una cantidad adimensional, se llama emisividad de la superficie del material, en un radiador de cavidad .[pic 3][pic 4]

III.  ANALISIS Y RESULTADOS

1. Ley de Stefan – Boltzmann a altas temperaturas:

Se   midió   la   temperatura   en   el   laboratorio   que   registró   un   valor   de   24°C,   donde   su equivalente  en   la   escala   de  temperatura  Kelvin   sería   297°K,   la   cual   se   usó   como   la temperatura de referencia (Tref) y por ello, se puede asumir que para una temperatura cercana a 297 K se tendrá una resistencia de (1,8±0,1) Ω

[pic 5]

4

Con la gráfica anterior se puede observar que a medida que la temperatura aumenta

la radiación se estabiliza. El filamento de la lámpara se puede considerar como un

verdadero cuerpo negro.

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Con la gráfica anterior se puede observar que a medida que la temperatura aumenta

la radiación se estabiliza. El filamento de la lámpara se puede considerar como un

verdadero cuerpo negro.

Con la grafica anterior se determina que la relación entre R y T^4 es proporcional, es decir, que la radiación emitida por el cuerpo estudiado es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura, verificándose la ley de Stefan – Boltzmann a altas temperaturas.

Ya que la ley de Stefan – Boltzmann se cumple, el filamento si es un cuerpo negro.

1. Ley del cuadrado inverso.

Para determinar el nivel de radiación ambiental con la lámpara apagada, se desliza el sensor a lo largo de la cinta métrica como se muestra en la guía, y se anotan las lecturas del voltímetro a intervalos de 10 cm con el objetivo de poder determinar la contribución de la lámpara sola, registrándose los siguientes datos:

 Al encender la lámpara y desplazarla X (cm) se obtuvieron los siguientes datos:

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