Dpto. Termodinámica Aplicada
El presente laboratorio virtual trata de presentar las leyes fundamentales que describen la transferencia de calor por radiación. El documento describe la Ley de Planck, la Ley de Wien y la Ley de Stefan-Boltzmann y hace una representación gráfica de las mismas en función de los parámetros indicados por el usuario.
Conocer las leyes fundamentales que describen el fenómeno de la radiación térmica: Ley de Planck, Ley de Wien y Ley de Stefan-Boltzmann.
Observar la influencia de la temperatura de un cuerpo con la radiación que éste emite.
Determinar la potencia total de radiación emitida por una superficie negra.
Definir la temperatura de la superficie.
Las casillas de fondo gris representan resultados de cálculo.
La gráfica se refresca al salir de las casillas donde se editan los valores.
La Ley de Planck describe la potencia emisiva espectral de un cuerpo negro en función de su temperatura y la longitud de onda.
$$E_{λ,T}={2πhc^2}/{λ^5·(e^{{hc}/{λkT}}-1)}={C_1}/{λ^5·(e^{{C_2}/{λT}}-1)} [{W}/{m^2·µm}]$$ Siendo:la longitud de onda, $λ$, en $[µm]$
la constante de Boltzmann: $k=1.3805·10^{-23} [{J}/{K}]$
la constante de Planck: $h=6.6256·10^{-34} [J·s]$
la velocidad de la luz: $c=2.998·10^{8} [{m}/{s}]$
la temperatura, $T$, en $[K]$
la constante $C_1=3.742·10^{8} [{W·µm^4}/{m^2}]$
la constante $C_2=1.439·10^{4} [µm·K]$
La Ley de Wien indica la longitud de onda a la cual la potencia emisiva espectral de un cuerpo negro es máxima, en función de su temperatura. En el gráfico se puede observar que a temperaturas superiores el máximo de potencia emisiva espectral se desplaza a longitudes de onda más cortas.
$$λ_{max}·T=2897.8 [µm·K]$$ Siendo:la longitud de onda, $λ$, en $[µm]$
la temperatura, $T$, en $[K]$
La Ley de Stefan-Boltzmann indica la cantidad de radiación emitida por un cuerpo negro en todas direcciones y sobre todas las longitudes de onda en función de su temperatura.
$$E_b=σ·T^4 [{W}/{m^2}]$$ Siendo:la constante de Stefan-Boltzmann, $σ=5.67·10^{-8} [{W}/{m^2·K^4}]$
la temperatura, $T$, en $[K]$
Propiedades térmicas del material:
| Temperatura [K] | Ley de Stefan-Boltzmann [W/m²] |
|---|---|
| 1000 |