Transferencia de calor por radiación

Transferencia de calor por radiación

Christian Arteta, Armando Gil, Daniel Polo, Diego Martínez

Eduardo Martínez Iglesias

Laboratorio de Física Calor Ondas Grupo: A

9/10/2018

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Introducción

La radiación térmica presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección, es que las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío, o bien que no exista materia entre ellas. La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas electromagnéticas. Algunos fenómenos de la radiación pueden describirse mediante la teoría de ondas, pero la única explicación general satisfactoria de la radiación electromagnética es la teoría cuántica. Para explicar este proceso de trasferencia se debe tener en cuenta la ley de Planck, la cual todas las sustancias emiten energía radiante sólo por tener una temperatura superior al cero absoluto. Además, se dice que las sustancias que absorben mucha radiación también son buenos emisores (superficie negra ideal o cuerpo negro ⇒e = 1); las que reflejan mucha radiación y absorben poco son malos emisores (e = 0).

abstract 

The thermal radiation has a fundamental difference with respect to conduction and convection, is that the substances that exchange heat do not have to be in contact, but can be separated by a vacuum, or that there is no matter between them. Radiation is a term that is applied generically to all kinds of phenomena related to electromagnetic waves. Some phenomena of radiation can be described by wave theory, but the only satisfactory general explanation of electromagnetic radiation is quantum theory. To explain this process of transfer, Planck's law must be taken into account, since all substances emit radiant energy only because they have a temperature above absolute zero. It is also said that substances that absorb a lot of radiation are also good emitters (ideal black surface or black body ⇒e = 1); those that reflect a lot of radiation and absorb little are poor emitters (e = 0).

2.Marco teórico

• Radiación Térmica: Es el proceso de transmisión de ondas o partículas a través del espacio o de algún medio; el término también se emplea para las propias ondas o partículas. Las ondas y las partículas tienen muchas características comunes; no obstante, la radiación suele producirse predominantemente en una de las dos formas.

• ley de la transferencia de calor (ecuación de Stefan Boltzmann) esta ley establece que si un cuerpo se encuentra a una determinada temperatura, este emite calor que viene cuantificado como la constante de Stefan Boltzmann por el área de la superficie por la temperatura a la cuatro. Además, esta ley afirma de la velocidad de trasferencia de calor es proporcional a la diferencia de temperatura

• constante de emisividad es la proporción de radiación térmica emitida por una superficie u objeto debido a su temperatura. La emisividad direccional espectral se define como la razón entre la intensidad emitida por la superficie en una dirección particular y la intensidad que sería emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura y longitud de onda. Entonces el coeficiente de emisividad (ε), es un número adimensional que relaciona la habilidad de un objeto real para irradiar energía térmica, en un cuerpo negro, por consiguiente, tiene un coeficiente ε = 1, mientras que, en un objeto real, ε siempre se mantiene menor a 1.

3.Objetivo

 Objetivo general

• Observar y analizar el fenómeno de radiación térmica por medio de la utilización de diferentes superficies y con la ayuda del programa cassylab

 Objetivos específicos

• analizar el comportamiento de las dos superficies al absorber e irradiar calor.

• Calcular el flujo de calor en la placa de aluminio lacada en negro y en la que está sin lacar con la ayuda de los diferentes parámetros y formulas en el programa cassylab.

• Determinar cuál de las dos superficies es el mejor absolvedor e irradiador.  

• Analizar y explicar la gráfica tiempo vs flujo de calor en la cada una de las placas en estudio.

4.DESCRIPCIÓN DE LA PRACTICA

Primero introducimos en el programa cassylab los parámetros y formulas correspondientes a la experiencia de radiación térmica, después de terminar debíamos colocar una de las placas de aluminio lacada con negro en la caja térmica, en este caso no tenía una resistencia, sino que para originar el calor vamos a utilizar una lámpara de halógeno, después de poner la primera placa de aluminio encajamos la paca de poliestireno la cual debe estar en contacto con la otra placa. Ahora colocamos las sondas térmicas, la primera debe pasar por el canal de medición que se encuentra a un lado de la caja, entre las dos placas y asegurándonos que llegue a la entalladura circular que esta tiene. Después introducimos la otra termocupla por el otro canal de medición al ya tener esto hecho, se coloca la segunda placa de aluminio lacada con negro. Por último, conectamos la lámpara de halógeno situándola correctamente enfrente de la caja térmica   y prendemos la fuente de tensión, y oprimimos el reloj. Aquí debíamos esperar diez minutos y cinco minutos antes de montar las otras placas teníamos que esperar cinco minutos para que se enfriara. Ya al esperar este tiempo hacemos el mismo proceso anteriormente descrito con las placas de aluminio sin lacar.

5.Materiales

• Placas de aluminio sin lacar

• Cámara para mediciones calorimétricas con caja aislante

• Placas de aluminio lacadas de color negro

• Sondas térmicas

• Lámpara de halógeno

• Sensor de temperatura

• Placa de poliestireno  

• Plaquitas de contacto de aluminio

• Termo acumulador de aluminio

6.Resultados de la experiencia

Lamina sin laca

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• Conclusión

En la gráfica y en la tabla de resultado se puede observar que la cantidad de calor que irradio y absorbió esta placa fue mínimo o se puede decir también que su intensidad fue menor. Además, se debe tener en cuenta que uno de los factores que más afectan el comportamiento del flujo de calor es la constante de emisividad para esta superficie fue de 0,057 donde el máximo valor es 1. En la gráfica se muestra que su flujo se mantiene constante.

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