Ley de Stefan Boltzmann

Fsica para Electrnica IIIntegrantes: Gabriel Garca; Diego PachecoAula: D-103 2014/05/26

TEMA: LEY DE STEFAN BOLTZMANNOBJETIVO:Explicar a travs de la Ley de Stefan-Boltzmann, el flujo emitido por un cuerpo negro.TEORIA:La radiacin de calor es de naturaleza electromagntica, producida cuando es absorbida por un cuerpoLa radiacin de temperatura es energa radiada por un cuerpo, la cual depende del calor contenido por el cuerpo radiante.La energa radiante Q es la energa que aparase en forma de radiacin y se mide en Ws El flujo radiante es la cantidad de energa radiante Q propagada en el intervalo de tiempo t, entonces=Q/t (W)De acuerdo a la ley de Stefan-Boltzmann, un cuerpo negro que se encuentra a temperatura T, emite un flujo radiante:= AT4Donde A es el rea de radiacin y es la constante de Stefan-Boltzmann, cuyo valor es=5.67 x 10-8(Wm-2 K-4)si se considera la influencia de la temperatura ambiental To, el flujo radiante puede expresarse como: = A(T4- ATo4)EQUIPO: Equipo elctrico Soporte para el horno Cuerpo negro Termmetro digital Termocupla Accesorio para cuerpo negro Termopila de moll Galvanmetro Diagrama de iris amplificador de voltaje Mili voltmetro Fuente de tensin Banco ptico Conductores

PROCEDIMIENTO:1. Disponga sobre el banco ptico, el soporte que sostiene al horno elctrico, introduzca en este el cuerpo negro. Coloque delante, el accesorios respectivo, de tal manera que circule agua a travs de el.2. Luego, anteponga el diagrama de iris con una abertura cuya rea ha sido previamente calculada y posteriormente la termopila de Moll3. Caliente el horno, con ayuda del transformador de tensin, definiendo previamente la tensin con la que se va ha trabajar4. La temperatura del cuerpo radiante determnese con el termmetro digital y la termocupla5. Esta energa radiante emitida por el cuerpo negro, q ue pasa a travs de la abertura del diagrama de iris, cptela con la termopila de Moll, la misma que podr ser medida con ayuda del ampliador de voltaje en el milmetro y con el galvanmetro conectado en serie.6. Determinar la temperatura ambiental To y luego cada 5 minutos, determine la temperatura del horno T, su respectiva tensin termoelctrica (U) y la corriente generada (I)

TABULACION DE DATOS:

Temperatura ambiente To= 289 =6975757441 rea de Radiacin=2.43*10-4 m

Tiempo Temperatura HornoTensinCorriente Flujo RadianteDensidad Flujo

TT T4-To4UIj

(s)(K)(K)(K)(v)(A)(w)(w.m)

1.0289697575744102,5*10-5000

2.180309911662136121408639204,1*10-52*10-60,0295121,579926

3.3603491483548360178597261609,7*10-54*10-60,1085446,354819

4.54039925344958401183692009601,8*10-47*10-60,25351043,18919

5.72044539213900625322381431843*10-411,1*10-50,44491830,80813

6.90048555330800625483550431844,5*10-416*10-50,66732746,088870308899917849600,30,000001500

7.108051469799526416628237689756*10-422*10-50,86703567,76963003551588230062568831221290,60,00000310,92764469390,2730247

8.126055494197431056872216736157,5*10-428*10-51,20374953,3296160044438862602496298634240001,050,00000547,411171941693,256141

9.14405831,15525*10111,08549*10119*10-433*10-51,49806164,4983390052274247530256652483517601,50,000008103,58828333699,581545

10.16206071,35755*10111,28779*10111,1*10-338*10-51,77717313,3700912005811139474287211049482502252,610,000011166,61584215950,565788

11.18006291,56532*10111,49556*10111,26*10-343*10-52,06398493,30617150062615356679937614456762088040,000015229,51555498196,984104

EJEMPLO DE CALCULOSTransformacin de C a K

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Flujo Radiante (W), tomando en cuenta la influencia de la temperatura ambiental=A (= 5.67xA=2.43*10-4 m =A (=0 W

=A (2140863920 )=0,0295W

=A (7859726160 )=0,1085 W

Densidad de Flujo Radiante (W/)

0 W/

121,579926W/

W/

PREGUNTASPara construir los siguientes grficos, primero ajuste los datos obtenidos experimentalmente, en base a cualquiera de los mtodos conocidos y desarrolle los anlisis fsicos y matemticos correspondientes.

A. Realice un grafico Temperatura del horno - Tiempo

Anlisis T tiempo Podemos observar en el grafico que mientras el tiempo aumenta la temperatura crece en magnitud y se va a estabilizar.Dimensiones Temperatura K Tiempo Segundos (s)

B. Grafique Tensin Temperatura del horno

ANALISISU TemperaturaDimensiones Temperatura (K)La temperatura del horno es directamente proporcional a el voltaje, pero la temperatura no va a sobrepasar cierto punto en el cual se estabiliza.

C. D. E. F. C. Linealice el grafico anterior, en papel logartmico XYlog xlog ylog x log y

0,3308-0,5228787452,4885507170,273402182-1,301210276

0,6355-0,221848752,5502283530,049216868-0,565764971

1,054440,0211892992,647382970,0004489860,05609619

1,85220,2552725052,7176705030,0651640520,693746557

2,615810,4166405072,7641761320,1735893121,151667746

46260,6020599912,7965743330,3624762331,683705519

X=10,36Y=2,84E+03LOGX= 0,550434808LOG Y= 15,96458301=0,302978478LOGXLOGY=8,787462182

(1) log Y=n log a + b log X (2) log Y log X =log a log X +b Despejando b

Remplazando log a en (2)

8,787462182=(0,5504)+b(0,302978478)b=29.29a=0.94

D. Realice un grafico U-( T4 - To4)

ANALISISDimensiones T4-To4 (K)E. Como justifica que la relacin U- (T4 - To4 ) representa la ley de Stefan-BoltzmannEl flujo radiante es emitido por un cuerpo negro a ciertas temperaturas, estas temperaturas son alcanzadas con una fuente de tensin y son directamente proporcionales, tambin si se toma en cuenta la temperatura ambiental.

F. Construya un grafico: densidad de flujo (T4 - To4)

ANALISISDimensiones Densidad de flujo radiante (W/) T4-To4 (K)

ANALISIS FISICODensidad de flujo radiante T4-To4 (K)CONCLUSIONES Mediante la ley de Boltzmann, un cuerpo negro que se encuentra a cierta temperatura emite flujo radiante. Densidad de flujo radiante es el flujo radiante interceptado por la unidad de superficie plana. Se mide en wm-2. El flujo radiante es la medida de la potencia de una radiacin electromagntica. Es la energa que transportan las ondas por unidad de tiempo. La radiacin de temperatura es energa radiada por un cuerpo, depende del calor contenido en el cuerpo radiante.

BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_radiantehttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/experiencia/experiencia.htmhttp://www.ucm.es/info/optica/lt3/data/practicas/TE_III_2010_11_P03_Cuerpo_negro.pdfhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Stefan-Boltzmannhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/radiacion/radiacion.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Boltzmann