Resumen: En los últimos tiempos se ha desarrollado una gran cantidad de aplicaciones sobre las ecuaciones de maxwell con las cuales se desarrollo la teoría de




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fecha de publicación31.01.2016
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RADIACION TERMICA
Juan Carlos Aparicio Estupinan

jcaparicioe@unal.edu.co



RESUMEN: En los últimos tiempos se ha desarrollado una gran cantidad de aplicaciones sobre las ecuaciones de maxwell con las cuales se desarrollo la teoría de las ondas electromagnéticas que dio espacio al espectro electromagnético y con el cual se han definido diferentes tipos de ondas entre las cuales se usan las de radiación térmica que es de gran utilidad en la ingeniería mecánica para la transferencia de calor.
PALABRAS CLAVE: radiación térmica, ondas electromagnéticas, espectro, transferencia calor.

INTRODUCCIÓN



Aun cuando todas las ondas electromagnéticas tienen las mismas características generales, las ondas de distinta longitud difieren de manera significativa en su comportamiento. 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.

PROCESO RADIACION TERMICA




CARACTERÍSTICAS GENERALES



La temperatura es una medida de la intensidad de actividades de transferencia de calor en el nivel microscópico y la rapidez de la emisión de radiación térmica se incrementa al aumentar la temperatura. La radiación térmica es emitida en forma continua por toda la materia cuya temperatura está por encima del cero absoluto. Es decir, todo lo que nos rodea, como las paredes, los muebles y nuestros amigos, constantemente emite (y absorbe) radiación. Fig. 1



Figura . Formas de Radiación



La radiación térmica también se define como la parte del espectro electromagnético que se extiende desde alrededor de 0.1 hasta 100 micrómetros, dado que la emitida por los cuerpos debida a su temperatura cae casi por completo en este rango de longitudes de onda. Port tanto, la radiación térmica incluye toda la radiación visible y la infrarroja, así como la parte de la radiación ultravioleta, como se muestra en la fig. 2



Figura Espectro Electromagnético


Lo que llamamos luz es sencillamente la parte visible del espectro electromagnético que se encuentra entre 0,40 y 0,76 micrómetros. Desde el punto de vista de sus características la luz no es diferente a la demás radiación electromagnética, excepto en que dispara la sensación de visión en el ojo humano.

La luz o el espectro visible, consta de bandas angostas de color, desde el violeta hasta el rojo. Un cuerpo que emite alguna radiación en el rango visible recibe el nombre de fuente luminosa es obvio que el sol es nuestra principal fuente luminosa. La radiación electromagnética emitida por el sol se conoce como radiación solar y casi toda ella cae en la banda de longitudes de onda 0.3-3 micrómetros. Casi la mitad de la radiación solar es luz (es decir, cae en el rango visible). La restante es ultravioleta o infrarroja.

La radiación emitida por los cuerpos a la temperatura ambiente cae en la región infrarroja del espectro, la cual se extiende de 0,76 hasta 100 micrómetros. Los cuerpos empiezan a emitir radiación visible que puede notarse a temperaturas por encima de 800K. El filamento de tungsteno de un foco eléctrico debe calentarse a temperaturas por arriba de 2000K antes de que pueda emitir alguna cantidad de radiación en el campo visible.

La radiación ultravioleta incluye el extremo de baja longitud de onda del espectro de radiación térmica y se encuentra entre las longitudes de onda de 0.01 y 0.4 micrómetros. Los rayos ultravioleta deben evitarse ya que pueden matar microorganismos y causan serios daños a los humanos y otros organismos vivientes alrededor del 12% de la radiación solar se encuentra en el intervalo ultravioleta y sería devastador si llegara alcanzar la superficie de la tierra por fortuna, la capa de ozono de la atmosfera actúa como una cubierta protectora y absorbe la mayor parte de esta radiación. Los rayos ultravioleta que permanecen en la luz solar todavía son suficientes como para causar serias quemaduras a los adoradores del sol y la exposición prolongada a la luz solar directa es la causa principal del cáncer de piel que puede ser mortal. Los recientes descubrimientos de agujeros en la capa de ozono han impulsado a la comunidad internacional a prohibir el uso de productos químicos que destruyen el ozono para salvar la tierra.la radiación ultravioleta también se produce en forma artificial en lámparas fluorescentes que se usan en medicina como destructores de bacterias y en salas para bronceado artificial. La conexión entre el cáncer de piel y los rayos ultravioleta ha hecho que los dermatólogos emitan fuertes advertencias de su uso para broncear.

En los hornos de microondas se utiliza radiación electromagnética en la región de microondas del espectro generadas por tubos a propósito llamados magnetrones. Las microondas en el rango de 10^2-10^5 micrómetros resultan muy adecuadas para su uso en la cocción ya que son reflejadas en los metales, transmitidas por el vidrio y los plásticos y absorbidas por las moléculas de los alimentos (en especial, las de agua). De este modo, la energía eléctrica convertida en radiación en un horno de microondas llega a convertirse en parte de la energía interna de los alimentos. La cocción rápida y eficiente en los hornos de microondas los ha convertido en uno de los aparatos domésticos esenciales en las cocinas modernas.

En los radares y en los teléfonos inalámbricos también se usa la radiación electromagnética en la región de microondas.la longitud de las ondas electromagnéticas usadas en las emisiones de radio y televisión suele variar en mil metros en la región de ondas de radio del espectro.

En los estudios de transferencia de calor estamos interesados en la energía emitida por los cuerpos debido solo así temperatura. Por lo tanto, el estudio se limita a la radiación térmica, a la cual se le llama radiación. La relación que se desarrollan se restringe solo a la radiación térmica y puede ser que no sean aplicables a otras formas de radiación electromagnética.

Los electrones, los átomos y las moléculas de todos los sólidos, líquidos y gases cuya temperatura está por encima del cero absoluto se encuentran en constante movimiento y como consecuencia, constantemente emiten radiación la cual está siendo absorbida o transmitida en toda la extensión del volumen de la materia. Es decir, la radiación es fenómeno volumétrico. Sin embargo, para los sólidos opacos (no transparentes), como los metales, la madera y las rocas, se considera que la radiación es un fenómenos superfina, ya que la emitida por las regiones interiores nunca puede llegar hasta la superficie y la que incide sobre esos cuerpos su le ser absorbida dentro de unas cuantas micras de la superficie como se muestra en la figura 3.




Figura Radiación Sólidos

RADIACION DE CUERPO NEGRO



A una temperatura termodinámica o absoluta, por encima de cero, un cuerpo emite radiación en todas direcciones en un amplio rango de longitudes de onda la cantidad de energía de radiación desde una superficie, a una longitud de onda dada, depende del material del cuerpo y de la condición de su superficie así como de la temperatura de esta última. Por lo tanto, cuerpos diferentes pueden emitir cantidades diferentes de radiación por unidad de área de superficie, incluso cuando se encuentran a la misma temperatura. Por lo mismo, resulta natural sentir curiosidad acerca de la cantidad máxima de radiación que puede ser emitida por una superficie a una temperatura dada. La satisfacción de esta curiosidad requiere la definición de un cuerpo idealizado conocido como cuerpo negro, que sirva como estándar con el cual se puedan comparar las propiedades de radiación de las superficies reales.

Un cuerpo negro se define como un emisor y absorbedor perfecto de la radiación. A una temperatura y longitud de onda especifica, ninguna superficie puede emitir más energía que un cuerpo negro. Un cuerpo negro absorbe toda la radiación incidente, sin importar la longitud de onda y la radiación, así mismo, emite energía de radiación de manera uniforme en todas las direcciones por unidad de área normal a la dirección de emisión como se muestra en la figura 4



Figura Radiación Cuerpo Negro


Es decir, un cuerpo es un emisor difuso lo que sínica que es independiente de la dirección.

La energía de radiación emitida por un cuerpo negro por unidad de tiempo y por unidad de área superficial fue determina de manera experimental por Joseph Stefan, en 1879, y la expreso como,



(1)
En donde es la constante de Stefan-bolztman y T es la temperatura absoluta de la superficie en K esta ecuación se conoce como ley de Stefan-bolztmann y Eb se conoce como poder de emisión del cuerpo negro.


CONCLUSIONES





  • La radiación en los sólidos opacos se considera un fenómeno superficial, ya que solo la radiación emitida por las moléculas que se hallan en la superficie puede escapar del sólido.

  • Se dice que un cuerpo negro es un emisor difuso ya que difunde energía de radiación de manera uniforme en todas las direcciones.

  • La utilización de ondas electromagnéticas no solo abarca problemas de física magnética sino que se expande hasta problemas de ingeniería como tal.



BIBLIOGRAFIA




[1] Yunus A Cengel. Transferencia de calor y masa 4ed 2007

[2] incropera Fundamentos transferencia calor 2ed 1998

[3] www.wikipedia.com/radiacion

[4]www.upme.gov.co/Docs/...Radiación.../1Atlas_Radiacion_Solar.pd

[5] www.monografias.com › Fisica.


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