Las ecuaciones de Maxwell predicen que las variaciones en los campos eléctrico y magnético generan ondas electromagnéticas que se propagan a la velocidad de la luz. La radiación electromagnética transporta energía y puede transferir calor entre cuerpos sin necesidad de un medio material. La radiación térmica emitida por los cuerpos depende de su temperatura según la ley de Stefan-Boltzmann.

1. Radiación

2. Radiación

3. Bases Teóricas En 1864 Maxwell asoció varias ecuaciones, actualmente denominadas ecuaciones de Maxwell, de las que se desprende que un campo eléctrico variable en el tiempo genera un campo magnético y, recíprocamente, la variación temporal del campo magnético genera un campo eléctrico. Se puede visualizar la radiación electromagnética como dos campos que se generan mutuamente, por lo que no necesitan de ningún medio material para propagarse. Las ecuaciones de Maxwell también predicen la velocidad de propagación en el vacío (que se representa c , por la velocidad de la luz, con un valor de 299.792 km/s), y su dirección de propagación (perpendicular a las oscilaciones del campo eléctrico y magnético que, a su vez, son perpendiculares entre sí). Radiación

4. En 1887 Heinrich Hertz Las ondas electromagnéticas transportan energía del mismo modo que las otras ondas y viajan en el vacío a la velocidad de la luz, Co = 2.9979x10 8 m/s λ = c / Ʋ λ : longitud de onda C : velocidad de propagación de una onda en ese medio, C= Co/n Ʋ : frecuencia n: es el índice de refracción en ese medio Radiación

5. Transferencia de energía por ondas electromagnéticas, como resultado de cambios en las configuraciones electrónicas, emanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos fríos. Radiación W, Btu/h Ley de Stefan-Boltzmann Radiación de cuerpo negro Emisividad Є : 0 ≤ Є ≤ 1 W, Btu/h Radiación de superficies reales La emisividad e representa la radiación emitida por una superficie respecto a la que emitiría el cuerpo negro Constate Stefan-Boltzman W, Btu/h Ley de Stefan-Boltzmann Radiación de cuerpo negro

6. Temperatura ambiente El objeto se enfriará y llegará a un equilibrio térmico con el ambiente. La transferencia de calor no pudo llevarse a cabo por conducción o por convección, porque estos mecanismos no se llevan a cabo en el vacío. Implica que se lleva a cabo a través de otro mecanismo, que comprende la energía interna del objeto y que no requiere la presencia de un medio material para llevarse a efecto. Este mecanismo es el mas rápido, se ocasiona a la velocidad de la luz y no sufre atenuación con el vacío. Ocurre en sólidos, líquidos y gases . La transferencia de calor de un espacio que se le ha hecho vacío, solo puede ocurrir por radiación. Radiación Objeto caliente Cámara al vacío Radiación

7. Ocurren de un medio a T alta hacia otro de T mas baja Puede ocurrir entre dos cuerpos separados por un medio mas frío que ambos Comparación entre los mecanismos de Transferencia de Calor

8. RADIACIÓN: Es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. No se requiere de un medio para su propagación. La energía irradiada se mueve a la velocidad de la luz. El calor irradiado por el Sol se puede intercambiar entre la superficie solar y la superficie de la Tierra sin calentar el espacio de transición. Radiación

9. Max Planck (1900) Ley 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. e = h Ʋ = h c / λ , cada fotón de frecuencia Ʋ, tiene una energía e h: 6.6256*10 -34 J. s, constante de Planck. e: Energía Ʋ : frecuencia λ : longitud de onda Sólo un cuerpo ideal (cuerpo negro) emite radiación ajustándose exactamente a la ley de Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor. Así se concibe la radiación electromagnética como la propagación de una colección de paquetes discretos de energía llamados fotones o cuantos, como propuso Max Planck , en conjunción a su teoría cuántica. Radiación

10. Observando la sustitución en la Ley de Planck, e = h Ʋ = h c / λ , la energía de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda. Por lo tanto, la radiación de longitud de onda mas corta posee energías mas grandes del fotón.

11. ESPECTRO ELECTROMAGNEICO Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas o, más concretamente, a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar.

12. Rayos Gamma: Se producen de las reacciones nucleares Rayos X: por el bombardeo de metales con electrones. Ondas de Radio: por la excitación de algunos metales o por el flujo de corriente alterna por conductores eléctricos. El tipo de radiación electromagnética que resulta pertinente para la transferencia de calor es la radiación térmica emitida como resultado de las transiciones energéticas de las moléculas, los átomos y los electrones de una sustancia. La radiación térmica es emitida en forma continua por toda la materia cuya Temperatura esté por arriba del cero absoluto. También se define como la parte del espectro electromagnético que se extiende desde alrededor de 0,1 µ m hasta 100 µ m, dado que la emitida por los cuerpos debido a su temperatura cae casi por completo en este rango de longitudes de onda. Radiación

13. Luz es la parte visible del espectro que se encuentra entre 0.4 y 0.76 µm. electromagnético La luz no es diferente a la demás rediación electromagnética, excepto en que dispara la sensación de visión al ojo humano. La luz, es el espectro visible consta de bandas angostas de color, desde violeta (0.44 µm) hasta el rojo (0.63-0.76 µm).

14. Un cuerpo que emite radiación en el rango visible recibe el nombre de cuerpo Luminoso. La radiación solar es la radiación electromagnética emitida por el Sol. Casi toda cae en la banda de longitudes de onda de 0.3-3 µm. Casi la mitad de la radiación solar es luz, la restane ltravioleta o infraroja. La radiación que emien los cuerpos a temperatura ambiente cae en la región infrarroja del espectro. La radiación ultravioleta incluye el extremo de baja longitud de onda del espectro de radiación térmica. La región microondas generadas por tubos, llamados magnetrone.

15. CUERPO NEGRO Es un cuerpo idealizado, que se puede usar como estándar con el cual se pueden comparar las propiedades de radiación en las superficies reales. Se define como un emisor y absorbedor perfecto de la radiación. A temperatura y longitud de onda específica, ninguna superficie puede emitir mas energía que un cuerpo negro. Puede absorber toda la radiación incidente , sin importar la longitud de onda ni la radiación. Emite energía de radiación de manera uniforme en todas las direcciones por unidad de área normal a la dirección de la emisión. Es un Emisor Difuso. Radiación

16. CUERPO NEGRO La energía radiante de un cuerpo negro por unidad de tiempo y por unidad de área superficial (Eb), fue determinada por Joseph Stefan, 1879 y está dada por: Eb (T) = σ T 4 , en W/m 2 , constante de Stefan-Boltzman T es la temperatura absoluta de la superficie en K. Esta relación fue verificada en 1884 por Ludwing Boltzman y se conoce como Ley de Stefan-Boltzman . Eb se llama poder de emisión del cuerpo negro. Radiación

17. El poder de emisión espectral de un cuerpo negro es la cantidad de energía de radiación emitida por un cuerpo negro a una temperatura absoluta T por unidad de tiempo, por unidad de área superficial y por unidad de longitud de onda. Ley de Planck E b λ = C 1 / λ 5 [exp(C 2 / λ T)-1] en (W/m 2 . µ m) C 1 = 2 ¶ hc o 2 = 3.74177x10 8 W. µ m 4 /m 2 C 2 = hc o /k = 1.43878x10 4 W. µ m.K T es la temperatura absoluta de la superficie, λ es la longitud de onda de la radiación emitida y k = 1.3805x10 -23 J/K es la constante de Boltzmann. Esta relación es válida para una superficie en el vacío o un gas. Para otros medios se reemplaza C 1 or C 1 /n 2 , en donde n es el índice de refracción del medio. El término espectral índica la dependencia con respecto a la longitud de onda. Radiación

18. CUERPO NEGRO Radiación de cuerpo negro para diferentes temperaturas. El gráfico también muestra el modelo clásico que predijo a la ley de Planck. E b λ Radiación

19. INTENSIDAD DE RADIACION La radiación es emitida por todas las partes de una superficie plana en todas las direcciones hacia el hemisferio que está arriba de esta, y la distribución direccional de la radiación emitida (o incidente) suele no ser uniforme. La magnitud de radiación emitida (o incidente) en una dirección específica en el espacio es la INTENSIDAD DE RADIACION, denotada por I. I( ɵ,Ø) ɵ x y z Se usa la intensidad de radiación para describir la variación de la energía con respecto a la dirección Ø Radiación

20. EMISIVIDAD: La emisividad de una superficie representa la razón entre la radiación emitida por la superficie a una temperatura dada la radiación emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura. Se denota por ξ y varía entre 0 y 1. La emisividad es una medida a la cual cuan cerca se aproxma una superficie a n cuerpo negro para el cual ξ = 1. PROPIEDADES DE LA RADIACION ABORTIVIDAD, REFLECTIVIDAD Y TRANSMISIVIDAD: Cuando la radiación choca conra una superficie, parte de ella es absorbida, parte de ella es reflejada y la parte restante, si la hay, es transmitida- Absortividad: Es la fracción de radiación absorbida, α . Reflectividad: Es la fracción reflejada por la superficie, ρ . Transmisividad: Es la fracción transmitida por la superficie, Ƭ . Radiación

21. Radiación

22. Efecto invernadero Término que se aplica al papel que desempeña la atmósfera en el calentamiento de la superficie terrestre. La atmósfera es prácticamente transparente a la radiación solar de onda corta, absorbida por la superficie de la Tierra. Gran parte de esta radiación se vuelve a emitir hacia el espacio exterior con una longitud de onda correspondiente a los rayos infrarrojos, pero es reflejada de vuelta por gases como el dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso,los halocarbonos y el ozono, presentes en la atmósfera. Este efecto de calentamiento es la base de las teorías relacionadas con el calentamiento global. Radiación

23. El contenido en dióxido de carbono de la atmósfera ha venido aumentando un 0,4% cada año como consecuencia del uso de combustibles fósiles como el petróleo, el gas y el carbón; la destrucción de bosques tropicales por el método de cortar y quemar también ha sido un factor relevante que ha influido en el ciclo del carbono. La concentración de otros gases que contribuyen al efecto invernadero, como el metano y los clorofluorocarbonos, está aumentando todavía más rápido. El efecto neto de estos incrementos podría ser un aumento global de la temperatura, estimado en 2 a 6 °C en los próximos 100 años. Un calentamiento de esta magnitud alteraría el clima en todo el mundo, afectaría a las cosechas y haría que el nivel del mar subiera significativamente. De ocurrir esto, millones de personas se verían afectadas por las inundaciones. Autor: Ricardo Santiago Netto Radiación

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