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Taller # 13 - Introducción a la radiación
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Leer acerca de la radiación del cuerpo gris

La emisividad ε de una superficie es una medida del flujo de calor de radiación o potencia emisiva E que se emite en relación con el máximo de un "cuerpo negro". Este poder emisor de cuerpo negro se define a partir de la física básica como

 

 


donde el valor de la constante σ = 5.67 × 10 ^ -8 W / m ^ 2-K cuando la temperatura se especifica en grados Kelvin. La emisividad es entonces simplemente

 

 


Cuando hay varias superficies que intercambian radiación, todas las superficies reciben y emiten energía. Si las dos superficies son negras (ε = 1) y están muy cerca una de la otra, el flujo de calor de radiación de la superficie 1 a la superficie 2 es simplemente  

 

 


Si una de las superficies es gris (ε <1), se debe incluir una resistencia térmica adicional como

 

 

 

 


Esto se reduce a

 

 


Recuerde que este es el flujo de radiación para dos superficies muy juntas con una superficie negra y otra gris.

 


Leer acerca de la radiación del cuerpo gris

Se le pide que mida la emisividad de una superficie metálica. Para hacer esto, se le proporciona una placa calentada que está pintada de negro en la mitad de la placa. La otra mitad es de metal pulido. Tenga en cuenta que la placa está a una temperatura uniforme porque es gruesa y tiene una alta conductividad térmica. Debe estar a unos 90 ° C para sentir fácilmente la radiación. Compare la transferencia de calor de la superficie metálica (gris) a la de la superficie pintada (negra) (ε = 1) en las mismas condiciones. Utilice el sensor de flujo de calor para medir la emisión de radiación de la placa. Monte el sensor en su pequeño bloque de aluminio para proporcionar un disipador de calor. Utilice un trozo de cinta (eléctrica) negra para darle una superficie casi negra (ε = 1) al sensor de flujo de calor.


1. Ponga su mano cerca del plato primero sobre una mitad y luego la otra para sentir la diferencia entre las superficies negras y grises. Observe cómo se siente si se aleja más. NO TOQUE el plato. Hace mucho calor.


2. Sin tocar la placa, coloque su termopar libre entre la placa y el calentador para medir la temperatura de la placa. Mantenga el sensor de flujo de calor cerca, pero sin tocar la placa. Tome aproximadamente 20 segundos de datos para cada una de las superficies negras y grises y guárdelos en un archivo. Registre las temperaturas de la placa y el sensor y el flujo de calor medido de cada mitad de la placa al sensor de abajo. Encuentre la emisividad correspondiente del metal pulido.
 


3. ¿En qué se diferencia la superficie gris de la superficie negra a la misma temperatura? ¿Por qué es esto?

 

 

 

 


4. Para simplificar el análisis del sistema, ignore la convección y suponga que las superficies están muy cerca (el factor de visión entre el sensor y la placa es la unidad). Según las ecuaciones de la introducción para este caso, la relación del flujo de calor para los dos casos debe ser directamente proporcional a la relación de las emisividades de las superficies. Debido a que se asume que el sensor es negro (ε = 1), esto debería dar la emisividad de la superficie gris como igual a la relación entre el flujo de calor de la superficie gris y el flujo de calor de la superficie negra.

 

Evaluar, ε gris =               

 

 


5. Explique por qué el plato no se sintió tan caliente cuando apartó la mano de la superficie caliente. (¿Cómo cambia el factor de vista?)

 

 

 


6. Con base en las temperaturas medidas, encuentre los poderes emisores del cuerpo negro de las dos superficies, E b = σT ^ 4. A partir de las ecuaciones de la Introducción, calcule el flujo de calor predicho del sensor desde la superficie negra al sensor, qʺ negro . Explique cualquier diferencia entre los valores calculados y medidos del flujo de calor.
 

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Taller # 13 - Resultados de la radiación
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