Cuerpo negro
Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través del cuerpo negro. Lo que diferencia un cuerpo negro de la materia oscura es que el cuerpo negro emite luz y constituye un sistema físico idealizado para el estudio de la emisión de radiación electromagnética. El nombre Cuerpo negro fue introducido por Gustav Kirchhoff en 1862. La luz emitida por un cuerpo negro se denomina radiación de cuerpo negro.
Cuando dos objetos se encuentran uno en presencia de otro, ocurre una transferencia de calor por radiación, recíproca entre ellos. La cantidad de energía que cada uno de ellos recibe, depende de la geometría y de los materiales de los que están hechos.
¿Cómo se calcula esa cantidad de energía?
Hay diferentes métodos para poder calcularla, sin embargo, necesitamos tener algunos de los siguientes conceptos claros.
La cantidad total de irradiación G
puede ser
absorbida, reflejada o transmitida:
La radiosidad J incluye tanto la energía
emitida como la reflejada.
En donde se nos muestra que la energía irradiada, es igual a la suma de los factores de la
absorción, la reflectividad y la transmisión por la energía de radiación, y que a su vez
estos factores deben ser iguales a uno.
Intercambio de calor entre placas paralelas.
La irradiación total de la placa 1 se puede definir como la siguiente ecuación:
Y para la placa 2 la irradiación es:
Con lo que la irradiación total de esa
superficie es:
Flujo
neto de calor
Utilizando la
relación de ρ y α
El
valor de αlfa
Basándonos en la hipótesis del cuerpo gris:
Tendríamos que:
Cuerpo no gris
Debido a que no podemos utilizar la hipótesis del cuerpo gris tenemos una dependencia
del valor de epsilon con una temperatura que se obtiene como:
T* = √T1T2
Placa
aislante.
Tenemos que:
Si no hubiera una placa en medio el
cálculo directo entre las superficies 1 y 3 da:
Otras geometrías
La
función Iλb es la intensidad de la radiación y está
relacionada con la distribución
angular de la radiación
Intensidad
espectral
Definimos a Iλ, e como la tasa a la cual la energía
radiante es emitida en la longitud de
onda λ en la dirección (ϴ, φ), por unidad de área
de la superficie de emisión normal a esa
dirección, por unidad de ángulo
sólido, alrededor de esa dirección y por unidad de
intervalo de longitud de
onda dλ alrededor de λ.
Ley de Lambert
Factores de visión
Fracción de la energía radiante difusa emergente de la llama que alcanza la objeto si el
medio interpuesto no es participante, y que depende solamente de la geometría del sistema
formado por la llama y el elemento vulnerable considerado.
Cálculo del factor de visión
Para calcular el factor de visión
influye la geometría de los cuerpos ( sus dimensiones N, L
y el ángulo que forman φ)
Ejemplos de gráficas para diferentes valores de N, L y φ
Relaciones
entre los factores de visión.
Un recinto formado por N
superficies, requiere el cálculo de N2 factores de fricción.
Varias relaciones entre los
factores de visión pueden utilizarse para simplificar la tarea:
Relación de Reciprocidad
Ai Fij = AjFji
Relación de suma
Σ Fij = 1
Nota: Se supone el recinto
cerrado por superficies imaginarias con las características de las aberturas.
Superposición
Relación
de superposición: El
factor de visión de la superficie i sobre la superficie j es
igual a la suma del
factor de visión de la superficie i sobre las partes de la superficie j.
simetría
Dos o más superficies que poseen simetría
con respecto a una tercera superficie, tendrán
idéntico factor de visión con respecto a esa superficie.
EJERCICIO ELABORADO CON EL SIMULADOR(WOLFRAM MATHEMATICA):
https://paper.dropbox.com/doc/Practica-Radiacion-entre-cuerpos-negros-ufrO4zTRl7QWOStzflTgH
