Radiación

Radiación

OBJETIVOS:

- Analizar los diferentes tipos de Radiación que existen.

- Conocer que es la radiación y sus propiedades que tiene

- Dar a conocer las aplicaciones en la que se desenvuelve la radiación de calor.

- Realizar ejercicios de radiación.

- Hacer un ejercicio de aplicación.

INTRODUCCION

A comienzos del siglo XIX la gente estaba interesada en mejorar la eficiencia de las máquinas de vapor y de los cañones. Un hecho evidente era que después de algunos disparos los cañones se recalentaban hasta tal punto que se volvían inservibles. Esto llevó a la observación que debía existir una conexión entre las fuerzas mecánicas y químicas involucradas en el disparo y el "calórico" como se llamaba el calor en esa época.

Fue Joule quien estableció la relación precisa entre energía mecánica y calor.

La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío. 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. En 1905, Albert Einstein sugirió que la radiación presenta a veces un comportamiento cuantizado: en el efecto fotoeléctrico, la radiación se comporta como minúsculos proyectiles llamados fotones y no como ondas. La naturaleza cuántica de la energía radiante se había postulado antes de la aparición del artículo de Einstein, y en 1900 el físico alemán Max Planck empleó la teoría cuántica y el formalismo matemático de la mecánica estadística para derivar una ley fundamental de la radiación. La expresión matemática de esta ley, llamada distribución de Planck, relaciona la intensidad de la energía radiante que emite un cuerpo en una longitud de onda determinada con la temperatura del cuerpo. Para cada temperatura y cada longitud de onda existe un máximo de energía radiante. Sólo un cuerpo ideal (cuerpo negro) emite radiación ajustándose exactamente a la ley de Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor.

MARCO TEORICO

La radiación térmica es la radiación electromagnética emitida por un cuerpo como resultado de la temperatura, esta se `propaga a la velocidad de la luz 3x108m/s. A la radiación también se la puede considerar como un gas de fotones que puede fluir de un lugar a otro.

Radiación de cuerpo negro, se llaman así porque permanecen negros a la vista, es decir no reflejan ninguna radiación y la absorben cuando estas inciden sobre el.

Propiedades de la Radiación

Cuando la energía radiante incide sobre la superficie de un material, parte de la radiación se refleja, parte se absorbe y parte se transmite.

Si el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión, a la reflexión se la llama especular; cuando un rayo incide y se distribuye uniformemente en todas las direcciones después de la reflexión, la reflexión se llama difusa, generalmente una superficie rugosa presenta un comportamiento difuso mayor que una superficie muy pulida.

En el equilibrio de energía, la energía absorbida por el cuerpo debe de ser igual a la energía emitida.

La emisividad de un material varía con la temperatura y la longitud de onda de la radiación.

Solo una porción muy pequeña de energía radiante es detectada por el ojo humano a temperaturas bajas.

Cuerpo Gris

se define como todo aquel que tiene una emisividad monocromática independiente de la longitud de onda.

Se puede definir considerablemente tanto del comportamiento de un cuerpo negro ideal, como el correspondiente a un cuerpo gris ideal.

Factor Forma de Radiación

F1-2 = fracción de la energía que sale de la superficie 1 y llega a la superficie 2

F2-1 = fracción de la energía que sale de la superficie 2 y llega a la superficie 1

Fm-n = fracción de la energía que sale de la superficie m y llega a la superficie n

El intercambio neto de energía entre dos superficies negras es:

Comportamiento de Superficies Reales

Las superficies reales, muestran desviaciones interesantes con respecto a las superficies ideales, como por ejemplo: no son perfectamente difusas, y de ahí que la intensidad de la radiación emitida no sea constante en todas direcciones.

Relaciones entre Factores de Forma

La relación de forma entre tres superficies se puede dar como:

Y entre cuatro superficies como:

Se ha puesto tácticamente que los distintos cuerpos no se ven así mismo.

Si son cóncavas si pueden verse así mismas.

Intercambios de Calor entre Cuerpos no Negros

Este cálculo de transferencia de calor es relativamente muy sencillo, debido a que se absorbe toda la energía radiante que incide sobre una superficie.

La radiocidad es la suma de la energía emitida y de la energía reflejada cuando no se transmite energía.

Entonces la energía neta que abandona la superficie es la diferencia entre la radiocidad y la irradiación.

El intercambio de energía entre dos superficies es:

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