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Fenmenos investigacion

  1. 1. 2987040top<br /> <br /> INGENIERIA QUIMICA<br />FENOMENOS I-22860384810<br />DEFINICIONES DE RADIACION TERMICA O ELECTROMAGNETICA, CUERPO GRIS Y CUERPO NEGRO<br />ALUMNO: PEREZ GONZALEZ JOSE ANGEL<br />No. CONTROL: 07490393<br />MEXICALI B.C. a 04de mayo de 2010<br /> La expresión radiación se refiere a la emisión continua de energía de la superficie de todos los cuerpos. Los portadores de esta energía son las ondas electromagnéticas  producidas por las vibraciones de las partículas cargadas  que forman parte de los átomos y moléculas de la materia. La radiación electromagnética que se produce a causa del movimiento térmico de los átomos y moléculas de la sustancia se denomina radiación térmica o de temperatura. La radiación térmica se origina a costa de la energía interna del cuerpo. Si el cuerpo  no recibe energía del exterior se produce su enfriamiento.  Si el cuerpo que radia recibe de otros cuerpos que lo rodean una cantidad de energía que es capaz de compensar exactamente la pérdida de energía por su radiación, se dice, que el proceso de radiación se realiza equilibradamente. El estado estacionario entre cuerpos que se encuentran aislados y que solo pueden intercambiar energía entre si por medio de la radiación y absorción se denomina radiación térmica de equilibrio. El cuerpo se pone en estado de equilibrio térmico y se caracteriza por una temperatura determinada.<br /> El espectro de la radiación térmica es continuo y contiene longitudes de onda que pueden variar desde la longitud de onda de los rayos X hasta la longitud de onda que se capta por los radios comunes. La distribución de energía en el espectro de radiación térmica depende de la temperatura del cuerpo que la emite. A temperaturas bajas (alrededor de 300°C) predomina la radiación infrarroja de longitudes de onda entre 800 y 4000nm aproximadamente que es invisible para el ojo humano. A temperaturas altas (más de 800°C) en el espectro aparecen longitudes de onda más cortas (400 ÷ 800nm) que corresponden a la parte visible y ultravioleta del espectro. A la temperatura de 800°C el cuerpo emite suficiente energía y parece rojo. Y la de 3000°C la energía radiante contiene bastantes ondas de longitud de onda más corta  y el cuerpo parece prácticamente blanco.<br /> <br /> Para la radiación térmica se cumplen las mismas leyes que para la luz visible, es decir, la ley de la reflexión, refracción y de la propagación rectilínea en medios homogéneos.<br /> La radiación térmica se caracteriza por  la intensidad de radiación monocromática o radiancia espectral (Rλ). La radiancia espectral, o poder emisivo espectral, indica cómo varía la intensidad de la radiación con la longitud de onda para una temperatura determinada,<br />                                                        <br />Donde dR es la radiación electromagnética que emite el cuerpo por unidad de superficie por unidad de tiempo en el intervalo de longitudes de onda desde   λ  hasta  λ + dλ.  <br />La radiancia integral referida a todas  longitudes de onda es <br />                                                     <br />Las unidades de R son  W/m2.<br />  Los cuerpos no solamente emiten energía sino también absorben energía que incide sobre ellos. La absorción origina el aumento de la energía  interna del cuerpo.  La relación entre la energía absorbida por el cuerpo (dEabsorb.)  y la energía total que incide sobre el cuerpo (dEtotal)  se llama coeficiente de absorción  monocromático, o poder absorbente,  (Aλ).      <br />                                                        <br />La magnitud Aλ es adimensional y depende, igual que  Rλ, de la temperatura del cuerpo, de la longitud de onda, de la naturaleza del cuerpo, de su composición química y la forma y el estado de su superficie.<br />Una superficie que absorba toda la energía que recibe  no reflejará energía radiante, y, por lo tanto, aparecerá negra (siempre y cuando su temperatura no sea tan alta que resulte luminosa).<br />Un cuerpo que absorbe a toda temperatura toda la energía radiante que incide sobre él independientemente de longitud de onda se denomina cuerpo absolutamente negro o, simplemente, cuerpo negro. El espectro del cuerpo negro es muy sencillo que depende solamente de su temperatura y no depende ni del material de que está echo, ni de su forma, ni de sus dimensiones. La radiación del cuerpo negro ayuda a comprender la naturaleza de la radiación térmica de los cuerpos  reales.  En esto consiste su utilidad en la ciencia, del mismo modo  que el  concepto del  gas ideal nos permita a comprender la naturaleza del gas real.<br />El poder absorbente del cuerpo negro es el mismo para todas longitudes de onda e igual a la unidad (Aλ = 1).<br />En realidad no existe ningún cuerpo real que sea absolutamente negro. Algunos cuerpos como, por ejemplo, el humo de carbón  que solo refleja aproximadamente el 1% de la energía que recibe se puede considerar como un  cuerpo negro.<br />El cuerpo  cuyo coeficiente de absorción es menor que la unidad pero constante para todas longitudes de onda se llama cuerpo gris. Para el cuerpo gris Aλ = A = const.<br />En el estado de equilibrio termodinámico cada cuerpo absorbe por unidad de tienpo la misma cantidad de energía que es capaz de emitir.  Si dos cuerpos absorben diferentes cantidades de energía  por unidad de tiempo, entonces deben emitir también diferentes cantidades de energía.  <br />Entre el poder emisivo Rλ y el poder absorbente Aλ existe cierta relación.<br /> <br /> Supongamos que tenemos un sistema aislado de dos cuerpos (fig.1) que tienen diferentes temperaturas. Los cuerpos intercambian su energía entre si mediante emisión y absorción de los rayos. Al cabo de algún tiempo  en el sistema se establece el equilibrio térmico, es 455866510795decir, que ambos cuerpos alcanzan una misma temperatura. Si  Rλ', Rλ'' y  Aλ',  Aλ'' son los poderes emisivo y absorbente de los cuerpos a la temperatura de equilibrio, respectivamente, podemos suponer que el cuerpo 1 emite de unidad de superficie en unidad de tiempo n veces más energía que el cuerpo 2, o sea:                                                                      <br /> <br />                                  Rλ' = n Rλ'' .<br />  <br />Pero esto implica que el cuerpo1 absorbe también  n veces más energía que el 2, es decir                             <br /> Aλ'  = n Aλ''.<br />Si no fuese así, el cuerpo 1 se calentaría   (o se enfriaría) a costa del cuerpo 2 y su temperatura debería cambiarse, lo que no concuerda con la condición de equilibrio térmico  Después de dividir las dos últimas igualdades entre si,  obtenemos                                                                                          .<br />                                        <br />Pues, si el sistema contiene muchos cuerpos con poderes emisivos Rλ', Rλ'' , Rλ''',.. <br />.y poderes absorbentes Aλ' , Aλ'', Aλ''',... y uno de ellos es negro (RλN  y AλN ), a  <br />nálogamente llegaremos a la siguiente conclusión:<br />                                                                                                                                             <br />                                 <br />donde AλN = 1( poder absorbente del cuerpo negro).<br />La  última igualdad expresa la ley de Kirchhoff, que dice: la relación entre el poder emisivo y el de absorción Rλ/Aλ de un cuerpo no depende de su naturaleza, sino que es igual para todos los cuerpos y función solamente f(λ,T) de las longitudes de onda λ y de las temperaturas  T.<br />La ley de Kirchhoff puede ser demostrada de forma muy sencilla si consideramos que los cuerpos se encuentran en equilibrio térmico y que la radiación emitida por los cuerpos es monocromática y , además, uno de los cuerpos es absolutamente negro y el otro es gris. En right0la figura 2 el color negro representa el cuerpo absolutamente negro y el color gris representa el cuerpo gris. <br />Puesto, que los cuerpos están en equilibrio térmico sobre la superficie de ambos cuerpos incide la misma cantidad de energía por unidad de tiempo.<br /> La cantidad de energía emitida por el cuerpo negro por unidad de superficie  y tiempo para una longitud de onda es Roλ. Una parte de esta energía está absorbida por el cuerpo gris (RoλAλ) y la otra parte [Roλ (1-Aλ)] está reflejada por él. Sobre el cuerpo negro incide la misma cantidad de energía que él emite, o sea,  <br />                                     Roλ = Rλ + Roλ (1-Aλ),                                                 <br /> donde Rλ y Aλ son los poderes emisivo y absorbente del cuerpo gris, respectivamente.<br />Despejando de esta ecuación  Roλ , tendremos      <br />                                                   <br />

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