Fisica 3 LEY DE STEFAN-BOLTZMANN PARA LA RADIACION

LEY DE STEFAN-BOLTZMANN PARA LA RADIACION

Andres Felipe Campaña Castillo [1], Vanessa Galofre Martínez [2],
Kevin Andres Pedroza Goenaga [3], Yina Paola Vélez Mena [4]

[1] Estudiante de Ingeniería ambiental

[2] Estudiante de Ingeniería industrial

[3] Estudiante de Ingeniería de sistemas

[4] Estudiante de Ingeniería eléctrica.

RESUMEN

La ley de Stefan-Boltzmann establece que toda materia que no se encuentra a una temperatura infinita emite dos radiaciones térmicas. Estas radiaciones se originan a partir de la energía térmica de la materia limitada por la superficie más baja por la que fluyen, la velocidad a la que libera energía por unidad de área (W/m2) se denomina la potencia emisiva superficial E. La ley es muy precisa sólo para objetos negros ideales, los radiadores perfectos, llamados cuerpos negros. La ley fue deducida en 1879 por el físico austriaco Josef Stefan (1835-1893) basándose en las mediciones experimentales realizadas por el físico irlandés John Tyndall y fue derivada en 1884 a partir de consideraciones teóricas por Ludwig Boltzmann (1844-1906) usando la termodinámica.

Palabras claves: radiación, potencia, cuerpo negro, energía.

ABSTRACT:

The Stefan-Boltzmann law states that all matter is not infinite temperature emit two thermal radiations. These radiations originating from the thermal energy of matter limited by the lower surface by flowing, the speed at which releases energy per unit area (W / m2) is called the surface emissive power E. Laws it is very accurate only for ideal black objects, the perfect radiators, called black bodies. The law was deduced in 1879 by the Austrian physicist Josef Stefan (1835-1893) based on experimental measurements made by the Irish physicist John Tyndall and in 1884 was derived from theoretical considerations by Ludwig Boltzmann (1844-1906) using thermodynamics.

Keywords: radiation, power, black body, energy.

I.        INTRODUCCION

Durante la mitad del siglo XIX, se realizaron estudios de carácter amplio sobre la radiación emitida por cuerpos calientes y para ello se utilizó cierta clase de objetos que poseen la propiedad de emitir la misma radiación térmica cuando se encuentran a la misma temperatura. Este tipo de objetos se les conoce con el nombre de cuerpo negro: Un cuerpo negro es un objeto ideal que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él. Estos cuerpos no permiten la reflexión ni refracción de radiación sobre ellos.

Los físicos Josef Stefan y Ludwig Eduard Boltzmann estudiaron en 1878 el espectro de radiación de un cuerpo negro trazando curvas experimentales de dicha radiación, llegando a proponer la forma de relacionar la radiación emitida con la temperatura absoluta de dichos cuerpos, con la Ley de Stefan-Boltzmann.

En el laboratorio, se experimentará con una especie de horno, el cual actúa como una especie de cuerpo negro al ser incidido de radiación térmica, y junto a un conjunto de dispositivos tecnológicos se analizará el comportamiento del objeto para así llegar a conclusiones veraces respecto a lo planteado teóricamente por la anteriormente mencionada ley de Stefan-Boltzmann 

II.        ASPECTO TEORICO

Cuerpo negro

Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite luz y constituye un sistema físico idealizado para el estudio de la emisión de radiación electromagnética.

Todos los cuerpos son capaces de emitir electromagnética la cual la cual se propaga tanto en los medios materiales como en el vacío.

Potencia

La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un momento determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).}

La forma más simple de calcular la potencia

P = V • I

Intensidad

Intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio.

Ley de Stefan-Boltzmann

La ley de Stefan-Boltzmann establece que un cuerpo negro emite radiación térmica con una potencia emisiva hemisférica total (W/m²) proporcional a la cuarta potencia de su temperatura:

[pic 1]

Donde Te es la temperatura efectiva, es decir, la temperatura absoluta de la superficie y sigma es la constante de Stefan-Boltzmann:

[pic 2]

Relación Tensión-Temperatura

A través de la termopila usada en la experiencia, se puede considerar la diferencia de potencial V como proporcional a la diferencia entre la radiación absorbida por dicho instrumento anteriormente mencionado usando además la Ley de Stefan-Boltzmann así:

[pic 3]

III.        MONTAJE

Materiales

• 1 horno eléctrico para 230 V.

• 1 accesorio de cuerpo Negro.

• 1 caja de conexión De seguridad con la tierra.

• 1 Apoyo del horno eléctrico.

• 1 Sensor-CASSY.

• 1 CASSY de laboratorio.

• 1 Adaptador NiCr-Ni S.

• 1 Cable para medir la temperatura NiCr-Ni 1.5 mm.

• 1 µ La caja de v.

• Termopila de 1 Mol.

• 1 Pequeño banco óptico.

• 1 base de Soporte, Forma de v, 28 cm.

• 1 abrazadera Universal, 0-80 mm.

• 1 Par cablegrafía 100 cm.

• 1 ordenador personal con Windows 98 o más alto Además recomendado: 1 Inmersión bombea 12 V.
• Suministro de energía de bajo voltaje.
• 1 tubería de Silicona, 7 mm Ø.

• 1 cubo de laboratorio.

Montaje experimental

[pic 4]

Figura 1. Diagrama del montaje experimental.

IV.        DATOS EXPERIMENTALES

A través de la consola inteligente CASSY, se obtuvieron dos variables las cuales son utilizadas en este informe: Temperatura (en ° Celsius) y Tensión (en mili Voltios mV).

Tabla 1. Temperatura y tensión registradas por el sensor CASSY.

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