La radiación termal es la radiación electromágnetica emitida de la superficie de un objeto que sea debido a la temperatura del objeto. La radiación infrarroja de un radiador común del hogar o del calentador eléctrico es un ejemplo de la radiación termal, al igual que la luz emitida por una bombilla incandescente que brilla intensamente. Se genera la radiación termal cuando el calor del movimiento de las partículas cargadas dentro de los átomos se convierte a la radiación electromágnetica. La frecuencia emitida de la onda de la radiación termal es una distribución de probabilidad dependiendo solamente de temperatura, y para un cuerpo negro genuino es dado por la ley de Planck de la radiación . La ley de Wien da la frecuencia más probable de la radiación emitida, y la ley de Stefan-Boltzmann da la intensidad del calor.

Características

Hay tres características principales que caracterizan la radiación termal:
La radiación termal, incluso en una sola temperatura, ocurre en una amplia gama de frecuencias. Cuánto de cada frecuencia es dada por la ley de Planck de la radiación (para los materiales idealizados). Esto es demostrada por las curvas en el diagrama en la derecha.
La frecuencia principal (o el color) de la radiación emitida aumenta mientras que la temperatura aumenta. Por ejemplo, un objeto candente del irradia más en las longitudes de onda largas de la venda visible, que es porqué aparece roja. Si calienta para arriba más lejos, los cambios de frecuencia principales al centro de la venda visible, y la extensión de las frecuencias mencionadas en el primer punto hacen que aparece blanco. Entonces decimos que el objeto es el candente. Ésta es la ley de Wien. En el diagrama el valor máximo para cada curva se mueve a la izquierda mientras que la temperatura aumenta.
La cantidad total de radiación, de todas las frecuencias, va encima de muy rápido como las subidas de temperatura (crece como T ⁴, donde está la temperatura el T absoluta del cuerpo). Un objeto en la temperatura de un horno de la cocina (sobre dos veces temperatura ambiente en términos absolutos - 600 K contra 300 K) irradia 16 veces ḿas energía por área de unidad. Un objeto la temperatura del filamento en un bulbo incandescente (temperatura ambiente de áspero 3000 K, o 10 veces) irradia 10.000 veces tanto por área de unidad. Matemáticamente, la energía total irradió subidas como la cuarta energía de la temperatura absoluta, la ley de Stefan-Boltzmann. En el diagrama, el área debajo de cada curva se levanta rápido mientras que la temperatura aumenta.

Intercambio de la energía

La radiación termal es un concepto importante en termodinámica pues es parcialmente responsable del intercambio de calor entre los objetos, pues cuerpos más calientes irradian más calor que los más fríos. (Otros factores son la convección y la conducción .) La interacción del intercambio de la energía es caracterizada por la ecuación siguiente: $\backslash \; alpha+\; \backslash \; rho+\; \backslash \; tau=1\; del$

l \,

Aquí, el $\backslash \; la\; alfa\; \backslash ,$ representa el factor de absorción espectral, el $\backslash \; rho\; \backslash ,\; el\; factor\; de\; reflexión\; espectral\; de$ y el $\backslash \; tau\; \backslash ,\; el\; factor\; de\; transmisión\; espectral\; de$. Todos estos elementos dependen también del $\backslash lambdade\; la\; longitud\; de\; onda\; \backslash ,$. El factor de absorción espectral es igual al $\backslash \; al\; épsilon\; de\; la\; emisividad\; \backslash ,$; esta relación se conoce como ley de Kirchhoff de la radiación termal . Un objeto se llama un cuerpo negro si, todas las frecuencias, la fórmula siguiente solicita: $\backslash \; alfa\; del$

l = \ =1 épsilon \,

En un ajuste práctico de la situación y de la temperatura ambiente, los objetos pierden la considerable energía debido a la radiación termal. Sin embargo, la energía perdida emitiendo el calor infrarrojo es recuperada absorbiendo el calor de objetos circundantes. Por ejemplo, un ser humano, áspero 2 metros cuadrados en área, y cerca de 307 el Kelvins en temperatura, irradia continuamente cerca de 1000 vatios. Sin embargo, si la gente está dentro, en un cuarto de 296 K, ella recibe detrás cerca de 900 vatios de la pared, del techo, y de otros alrededores, así que las pérdidas netas son solamente cerca de 100 vatios. La ropa (teniendo conductividad termal más pobre que piel humana, por lo tanto reduciendo la velocidad de la pérdida de calor del cuerpo humano al ambiente circundante) reduce esta pérdida aún más.

Si los objetos aparecen blancos (reflexivo en el espectro visual ), no son necesario igualmente reflexivos (y así no emisivo) en el infrarrojo termal; el E. la mayoría de los radiadores del hogar se pinta blanco a pesar de que tienen que ser buenos radiadores termales. El acrílico y las pinturas blancas basadas uretano tienen eficacia de la radiación de cuerpo negro del 93% en la temperatura ambiente (que significa el " del término; body" negro; no corresponde siempre al color visualmente percibido de un objeto).

El cálculo del traspaso térmico radiativo entre los grupos de objeto, incluyendo una “cavidad” o “alrededores” requiere la solución de un sistema de las ecuaciones simultáneas usar el método de Radiosity . En estos cálculos, la configuración geométrica del problema se destila a un sistema de números llamados los factores de la opinión, que dan la proporción de radiación que deja cualquier superficie dada que golpee otra superficie específica. Estos cálculos son importantes en los campos de la energía termal solar, la caldera y el diseño y los gráficos de computadora raytraced del horno .

Fórmula

La energía de radiación termal de un cuerpo negro por la unidad del área, la unidad del ángulo sólido y la unidad del $\backslash \; nu$ de la frecuencia se da cerca $u\; del$

l (\ NU, T)= \ frac {2 h \ nu^3} {c^2} \ cdot \ frac1 {e^ \ frac {h \ NU} {k_BT} - 1}

Esta fórmula sigue matemáticamente del cálculo de la distribución espectral de la energía en el campo electromagnético cuantificado que está en el equilibrio termal completo con el objeto de la radiación.

Integrando la ecuación antedicha sobre el $\backslash \; nu$ la salida de energía dada por la ley de Stefan-Boltzmann se obtiene, como: = \ sigma \ cdot A \ cdot T^4 del $W\; del$

l

Además, el $\backslash \; lambda\; de\; lalongitud\; de\; onda\backslash ,$, para el cual la intensidad de la emisión es la más alta, es dado por la ley de Wien como: = {máximo} \ frac {b} {T} del $\backslash \; del\; lambda\_\; del$

l

Para las superficies que no son cuerpos negros, uno tiene que considerar el $del\; factor\; de\; corrección\; de\; la\; emisividad\; (generalmente\; dependiente\; de\; la\; frecuencia)\; \backslash \; (\backslash \; upsilon)\; el$ épsilon. Este factor de corrección tiene que ser multiplicado con la fórmula del espectro de la radiación antes de la integración. La fórmula resultante para la salida de energía se puede escribir en una manera que contenga un factor de corrección dependiente de la temperatura que sea (algo confusamente) el $a\; menudo\; también\; llamado\; \backslash \; epsilon$: = \ épsilon del $W\; del$

l (T) \ cdot \ sigma \ cdot A \ cdot T^4

Constantes

Definiciones de los constantes usados en las ecuaciones antedichas:

Ver también

Termografía
Fotografía infrarroja

.

Zenithic

Souleymane Diawara

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