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Prof. Juan J CoraceProf. Juan J Corace

FACULTAD DE INGENIERFACULTAD DE INGENIERÍÍAADEPARTAMENTO DE FDEPARTAMENTO DE FÍÍSICA Y QUSICA Y QUÍÍMICAMICA

CURSO FCURSO FÍÍSICA II 2013SICA II 2013CLASE XICLASE XI

UNIVERSIDAD NACIONAL DELUNIVERSIDAD NACIONAL DELNORDESTENORDESTE


MECANISMOS DE TRANSFERENCIAMECANISMOS DE TRANSFERENCIADE LA ENERGDE LA ENERGÍÍAA

TRANSMISITRANSMISIÓÓN DE CALORN DE CALOR


•• CONDUCCICONDUCCIÓÓNN Ley de FourierLey de Fourier

•• CONVECCICONVECCIÓÓNN Ley de NewtonLey de Newton

•• RADIACIRADIACIÓÓNN

TRANSMISITRANSMISIÓÓN DEL CALORN DEL CALOR

dx

dTqCond ..

dTq cConv ..


RADIACIRADIACIÓÓNN


LA RADIACION TERMICA SE DEBE A QUE LOSLA RADIACION TERMICA SE DEBE A QUE LOSCUERPOS EMITEN OEMCUERPOS EMITEN OEM

LONGITUDES DE ONDALONGITUDES DE ONDA ENTRE 0,1 Y 100ENTRE 0,1 Y 100MICRONES PRODUCEN EFECTOSMICRONES PRODUCEN EFECTOSEQUIVALENTES A UNA TRANSMISION DEEQUIVALENTES A UNA TRANSMISION DECALORCALOR

Si a, r y t son coeficientes de:Si a, r y t son coeficientes de:absorciabsorcióón, reflexin, reflexióónn y transmisiy transmisióón.n.

a + r + t = 1 (100% de la Energa + r + t = 1 (100% de la Energíía)a)QtQrQaQ ...


CASO 1:CASO 1:

ENERGENERGÍÍA RADIANTE QUE INCIDEA RADIANTE QUE INCIDEDESDE ELDESDE EL EXTERIOREXTERIOR

En una superficie lisa y pulida,En una superficie lisa y pulida,como la de un espejo, lacomo la de un espejo, la mayormayorparte de la energparte de la energíía incidente sea incidente serefleja, el resto atraviesa larefleja, el resto atraviesa lasuperficie y es absorbido por sussuperficie y es absorbido por susáátomos o moltomos o molééculas.culas.

SiSi ““rr”” es la proporcies la proporcióón de energn de energííaaradiante que se refleja, yradiante que se refleja, y ““aa”” lalaproporciproporcióón que se absorbe, sen que se absorbe, sedebe de cumplir que:debe de cumplir que:

r + a = 1r + a = 1


Caso 2:Caso 2:

Superficie de un cuerpoSuperficie de un cuerpoque refleja una pequeque refleja una pequeññaaparte de la energparte de la energííaaincidente.incidente.

El grosor de las distintasEl grosor de las distintasbandas corresponden abandas corresponden acantidades relativas decantidades relativas deenergenergíía radiantea radianteincidente, reflejada yincidente, reflejada ytransmitida a travtransmitida a travéés de las de lasuperficie.superficie.

a y ta y t rr


•• En general paraEn general para ssóólidos y llidos y lííquidosquidos: a + r = 1: a + r = 1

•• En los vidrios, cristales y algunos plEn los vidrios, cristales y algunos pláásticos (PET,sticos (PET,Policarbonatos, etc.) t=1; a=0 y r=0Policarbonatos, etc.) t=1; a=0 y r=0

•• Para la radiaciPara la radiacióón de longitud den de longitud de onda baja oonda baja ocortacorta se comportan como transparentes:se comportan como transparentes:

t = 1t = 1 →→ sisi es cortaes corta

•• Para la radiaciPara la radiacióón tn téérmica de longitud dermica de longitud deonda mas alta o largaonda mas alta o larga se comportan comose comportan como

reflectores:reflectores:

r = 1r = 1 →→ sisi es largaes larga

LlamandoLlamando a la longitud de ondaa la longitud de onda


CLASIFICACICLASIFICACIÓÓN DE LOS CUERPOS ENN DE LOS CUERPOS ENFUNCIFUNCIÓÓN DEL PODER EMISIVON DEL PODER EMISIVO

La clasificaciLa clasificacióónn es importante a la hora de evaluares importante a la hora de evaluarmateriales aislantes de tipo transparentes, ya que demateriales aislantes de tipo transparentes, ya que deacuerdo a la longitud de onda de la radiaciacuerdo a la longitud de onda de la radiacióónnincidente algunos materiales se comportan comoincidente algunos materiales se comportan comoopacos o absorbentes y otros como transparentes.opacos o absorbentes y otros como transparentes.

Para disePara diseññar en funciar en funcióón de la radiacin de la radiacióón debemosn debemostener claro los siguientes conceptos:tener claro los siguientes conceptos:

Cuerpos NegrosCuerpos Negros →→ absorciabsorcióón de la energn de la energíía totala total

Cuerpos GrisesCuerpos Grises →→ absorsiabsorsióón igual a la emisin igual a la emisióónn


PODER EMISIVO Y ABSORBENTEPODER EMISIVO Y ABSORBENTE

ES LA RELACIES LA RELACIÓÓN ENTRE LA ENERGN ENTRE LA ENERGÍÍA EMITIDA OA EMITIDA OABSORBIDA POR UN CUERPO Z , Y LA ENERGABSORBIDA POR UN CUERPO Z , Y LA ENERGÍÍAAEMITIDA O ABSORBIDA DE UN CUERPO NEGROEMITIDA O ABSORBIDA DE UN CUERPO NEGRO

e = Ee = EZZ /E/ENN yy a = Aa = AZZ/A/ANN

e = coefic.de emisie = coefic.de emisióónn

a = coefic. de absorcia = coefic. de absorcióónn


RADIACIRADIACIÓÓN REFLEJADA Y DIFUNDIDAN REFLEJADA Y DIFUNDIDA

LA ENERGLA ENERGÍÍA CALORA CALORÍÍFICA SE TRANSPORTA EN FORMA DE OEMFICA SE TRANSPORTA EN FORMA DE OEM..

LA RADIACIÒN TERMICALA RADIACIÒN TERMICA SUFRE LOS MISMOS EFECTOS DE LAS ONDAS DELSUFRE LOS MISMOS EFECTOS DE LAS ONDAS DELESPECTRO ELECTROMAGNESPECTRO ELECTROMAGNÉÉTICOTICO::

REFLEXIREFLEXIÓÓN, LA REFRACCIN, LA REFRACCIÓÓN , DIFUSIN , DIFUSIÓÓNN

LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTONLEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON

donde "donde "T/T/", representa la variaci", representa la variacióón de temperaturan de temperaturarespecto alrespecto al tiempotiempo , k una constante del material y, k una constante del material ydepende de ladepende de la naturaleza y lanaturaleza y la geometrgeometríía, y T y Ta, y T y T∞∞representan las temperaturas del cuerpo y del mediorepresentan las temperaturas del cuerpo y del medioambiente respectivamente.ambiente respectivamente.

TTk

T.

tt

t

O bien si tenemosO bien si tenemos

ConducciConduccióón y conveccin y conveccióónn


EFECTO ONDA CORTA ONDA LARGAEFECTO ONDA CORTA ONDA LARGA


LOS GASES Y VAPORES MONOATLOS GASES Y VAPORES MONOATÓÓMICOS YMICOS Y

BIATBIATÓÓMICOS SONMICOS SON TRANSPARENTESTRANSPARENTES A LA RADIACIONESA LA RADIACIONES

DE ORIGEN TDE ORIGEN TÉÉRMICO:RMICO:

t = 1t = 1

LAS MOLLAS MOLÉÉCULAS DE TRES O MCULAS DE TRES O MÁÁSS ÁÁTOMOS, DEJAN DETOMOS, DEJAN DE

SER TRANSPARENTES A LA RADIACISER TRANSPARENTES A LA RADIACIÓÓN TN TÉÉRMICA:RMICA:

a + t = 1a + t = 1

ACLAREMOS: a y t son muy variablesACLAREMOS: a y t son muy variables

Ejemplo: VAPOR DE AGUA (HEjemplo: VAPOR DE AGUA (H22O)O)VV


CLASIFICACICLASIFICACIÓÓN DE LOS CUERPOS EN FUNCIN DE LOS CUERPOS EN FUNCIÓÓN DE LAN DE LARADACIRADACIÓÓN TERMICAN TERMICA

ParaPara evaluar materiales, de acuerdo a la longitud deevaluar materiales, de acuerdo a la longitud deondaonda ((ГГ)),, de la radiacide la radiacióón incidenten incidente;; algunos materialesalgunos materialesse comportan como opacos o absorbentes y otros comose comportan como opacos o absorbentes y otros comotransparentes.transparentes.

Cuerpos NegrosCuerpos Negros

a = 1; r y t = 0a = 1; r y t = 0

Cuerpos GrisesCuerpos Grises

a + e = 0a + e = 0


Leyes de la RadiaciLeyes de la Radiacióón Tn Téérmicarmica

•• Ley de StefanLey de Stefan –– BoltzmannBoltzmann

•• Ley de KirchhoffLey de Kirchhoff

•• Ley deLey de PlanckPlanck

•• Ley deLey de WienWien

4... TSeQ

Pr

fhE .

TondMax29.0

4... Oa TSeQ

P


LEY DE STEFAN BOLTZMANN


CUERPO NEGRO - LEY DE KIRCHOFF


LEY DE PLANCK

h = 6.63 x 10h = 6.63 x 10-- 2727 J . s (Constante deJ . s (Constante de PlanckPlanck))

f = la frecuencia expresada en Hertz (Hz) = 1/sf = la frecuencia expresada en Hertz (Hz) = 1/s El producto de la energEl producto de la energíía y del tiempo se refiere a veces como aa y del tiempo se refiere a veces como a

una acciuna accióón.n.

Por tanto, h se refiere a veces como elPor tanto, h se refiere a veces como el cuanto elementalcuanto elemental de una accide una accióón.n.

fhE .

Recordar que la velocidad de la luz es igual a 300000Recordar que la velocidad de la luz es igual a 300000 kmkm//segseg ; y el producto; y el productodel espacio (longitud de onda) y la inversa del tiempo (frecuendel espacio (longitud de onda) y la inversa del tiempo (frecuencia) es unacia) es unaconstante .constante .

fluz .


VARIACIVARIACIÓÓN DEL ESPECTRO DE LA RADIACIN DEL ESPECTRO DE LA RADIACIÓÓN TERMICA CON LAN TERMICA CON LATEMPERATURA DEL FOCO EMISORTEMPERATURA DEL FOCO EMISOR

SI T AUMENTASI T AUMENTA DISMINUYEDISMINUYE y E AUMENTAy E AUMENTAEL MEL MÁÁXIMO DE RADIACION EMITIDA SE TRASLADA HACIA LONGITUDES DE ONDA MXIMO DE RADIACION EMITIDA SE TRASLADA HACIA LONGITUDES DE ONDA MASAS

CORTA (HACIA EL ESPECTRO VISIBLE)CORTA (HACIA EL ESPECTRO VISIBLE)

cteT max.

LEY DEL DESPLAZAMIENTO DE WIEN

T

29.0max


0QQ AC

CONSERVACICONSERVACIÓÓN DE LA ENERGN DE LA ENERGÍÍAA

MODO DE TRANSFERENCIA DE LA ENERGMODO DE TRANSFERENCIA DE LA ENERGÍÍAA

CONDUCCICONDUCCIÓÓNN

dx

dT.S.QCond

dx

dT.qC

CONVECCICONVECCIÓÓNN

dT.S.Q cConv dT.q cConv

4Rad T.S.Q

RADIACIRADIACIÓÓNN

4Rad T.q

QWdU


RadConvCond qqq

4T.dT.dx

dT. C

4S422C21 TT.TT.L

TT.

0 AC QQ

AC QQ


RadConvCond qqq

4T.dT.dx

dT. C

442221 ... SC TTTTL

TT

442221 ... SC TTTTTTL

;..

21

4422

TT

TTTT

LSC


FISICA IIFISICA II

FIN TRANSMISION DEL CALORFIN TRANSMISION DEL CALOR

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