jueves, 29 de enero de 2009

Radiación


PROCESOS Y PROPIEDADES

La radiación es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas (o fotones), como resultado de los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas.

Radiación térmica: intensidad con que la materia emite energía como resultado de su temperatura finita. La transferencia de calor mediante radiación térmica no requiere materia. La presencia del vacío, evita la pérdida de energía desde la superficie de un sólido por convección o conducción, este mecanismo de transferencia de calor es empleado en muchos procesos industriales de calentamiento, enfriamiento y de secado.
El mecanismo de emisión de radiación se relaciona con al energía liberada como consecuencia de oscilaciones o transiciones de los electrones que constituyen la materia. (Energía interna y temperatura). Para gases y sólidos semitransparentes, como vidrio y cristales de sal a temperaturas elevadas, la emisión es un fenómeno volumétrico.

PROCESOS DE EMISIÓN DE CALOR

Fenómeno volumétrico, la radiación que emerge de un volumen finito de materia es el efecto integrado de la emisión local a través del volumen.

La radiación térmica suele considerarse como un fenómeno superficial para los sólidos que son opacos a la radiación térmica, como los metales, la madera y las rocas, ya que la radiación emitida por las regiones interiores de un material de este tipo nunca pueden llegar a la superficie y la radiación incidente sobres esos cuerpos suele absorberse en unas cuantas micras hacia dentro en dichos sólidos.

La radiación térmica, dentro del espectro electromagnético, es la parte intermedia (0.1 a 100 µm), que incluye parte de la UV y todo el visible y el infrarrojo (IR).

La energía radiante depende de las características de la superficie y de la temperatura del cuerpo emisor. Al incidir sobre un receptor, parte de la energía pasa a este otro cuerpo, dependiendo de las características del mismo y de su poder de absorción. Esta energía se traduce en un aumento de la temperatura del segundo cuerpo.
La energía que abandona una superficie en forma de calor radiante depende de la temperatura absoluta a que se encuentre y de la naturaleza de la superficie.
La radiación se produce directamente desde la fuente hacia afuera en todas las direcciones y se mide determinando su energía de intensidad (en Kw) por unidad de superficie (m2): Radiación = Kw/m2

La masa en reposo de un fotón (que significa luz) es idénticamente nula. Por lo tanto un fotón viaja a la velocidad de la luz y no se puede mantener en reposo. Los fotones son emitidos o absorbidos por la materia. La longitud de onda de la radiación está relacionada con la energía de los fotones, por una ecuación desarrollada por Planck:
E = hc/λ
Donde h se llama constante de Planck, su valor es h = 6.63 X 10-34 J

La propagación de calor se da a través de ondas electromagnéticas el cual es capas de viajar a través del vacío a una velocidad de 300000 kilómetros por segundo. La energía radiante consta de un campo eléctrico oscilante acompañado por un campo magnético. Algunas de las ondas electromagnéticas son como la longitud de onda, frecuencia, velocidad, etc.

La longitud de onda es la distancia entre cresta y cresta de una onda, la frecuencia es el numero de ondas que pasan en un punto dado en la unidad de tiempo.

La Potencia Emisiva es la cantidad de energía radiante provocada por las longitudes de onda emitidas por un cuerpo, por unidad de área y de tiempo. Su unidad esta dada en Btu / (h) (pie2).

Según la ley de Kirchoff dice que “La absortividad de un cuerpo es igual a su emisividad si las temperatura de la fuente de la radiación incidente y la del cuerpo son iguales.”


donde:
a = absorbencia
r = reflexividad
T = transmisividad


CUERPO NEGRO
No todas las superficies emiten o absorben la misma cantidad de energía radiante cuando se calientan a la misma temperatura. Un cuerpo que absorba o emita a una temperatura determinada la máxima cantidad de energía se denomina superficie negra o simplemente cuerpo negro. Un cuerpo negro perfecto no existe en la realidad, sino que es un ente ideal que se utiliza como referencia respecto a otros radiadores.
El cuerpo negro es entonces, un cuerpo imaginario que se supone con capacidad para absorber toda la radiación térmica incidente; es decir, aquel en el que a =1 y r=0. Este es el cuerpo "absolutamente negro", o, en otras palabras, un absorbente perfecto de la radiación. Se llaman "negros" porque las superficies pintadas de negro suelen presentar poderes absorbentes muy altos.

LEY DE STEFAN-BOLTZMAN
Si un cuerpo negro perfecto radia energía, la radiación total puede se determinada por la ley de Planck. Mediante la ecuación:
La ecuación anterior es el área bajo la curva de a y establece que la radiación total de un cuerpo negro perfecto es proporcional a la cuarta parte de la temperatura absoluta del cuerpo. Esto se conoce como la ley de Stefan-Boltzmann. La constante 0.173 x 10-8 Btu / (h) (pie2)(ºR4) se conoce como la constante de Stefan-Boltzmann designada comúnmente por . Esta ecuación también fue deducida por Boltzmann de la segunda ley de la termodinámica. La ecuación anterior sirve como la principal correlación en los cálculos de fenómenos de radiación y es a la radiación lo que es a la convección.

Dicha ecuación fue obtenida para un cuerpo negro perfecto. Si un cuerpo no es negro la ecuación se transforma a:
y
Las presentes ecuaciones se han desarrollado al cambio de energía cuando la radiación ocurre únicamente desde un cuerpo simple, y se ha supuesto que la energía, una vez que se irradia, no vuelve más a la fuente.

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