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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NAYARIT

AREA DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIAS

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NAYARIT ÁREA DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍAS INGENIERÍA QUÍMICA

UNIDAD DE APRENDIZAJE:

TRANSFERENCIA DE CALOR – LABORATORIO –

PRÁCTICA NO. 3

TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACION

EQUIPO No. 2: ARON RODRIGUEZ DELGADILLO KARLA MELISSA BARRERA MONTIJO

RESPONSABLE: M. en C. LIBORIO GONZÁLEZ TORRES

TRANSFERENCIA DE CALOR

INGENIERIA QUIMICA

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Introducción: Se denomina radiación térmica o radiación calorífica a la emitida por un cuerpo debido a su temperatura. Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética, siendo su intensidad dependiente de la temperatura y de la longitud de onda considerada. En lo que respecta a la transferencia de calor la radiación relevante es la comprendida en el rango de longitudes de onda de 0,1µm a 100µm, abarcando por tanto parte de la región ultravioleta, la visible y la infrarroja del espectro electromagnético. La materia en un estado condensado (sólido o líquido) emite un espectro de radiación continuo. La frecuencia de onda emitida por radiación térmica es una densidad de probabilidad que depende solo de la temperatura. Los cuerpos negros emiten radiación térmica con el mismo espectro correspondiente a su temperatura, independientemente de los detalles de su composición. Para el caso de un cuerpo negro, la función de densidad de probabilidad de la frecuencia de onda emitida está dada por la ley de radiación térmica de Planck, la ley de Wien da la frecuencia de radiación emitida más probable y la ley de StefanBoltzmann da el total de energía emitida por unidad de tiempo y superficie emisora (esta energía depende de la cuarta potencia de la temperatura absoluta). A temperatura ambiente, vemos los cuerpos por la luz que reflejan, dado que por sí mismos no emiten luz. Si no se hace incidir luz sobre ellos, si no se los ilumina, no podemos verlos. A temperaturas más altas, vemos los cuerpos debido a la luz que emiten, pues en este caso son luminosos por sí mismos. Así, es posible determinar la temperatura de un cuerpo de acuerdo a su color, pues un cuerpo que es capaz de emitir luz se encuentra a altas temperaturas. La relación entre la temperatura de un cuerpo y el espectro de frecuencias de su radiación emitida se utiliza en los pirómetros.

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Metodología: 1) Construimos un radiómetro casero (radiómetro de Crooks). 2) Materiales: Un marcador negro, la envoltura de un chicle (los que tienen un lado blanco y el otro plateado), un frasco de mermelada vacío, un lápiz, papel de aluminio, pegamento fuerte, hilo y un fósforo 3) Procedimiento: Con el marcador pinta de negro el lado blanco del envoltorio de chicle. Córtalo en cuatro pedazos de 2 por 2,5 cm. Une los pedazos de papel a uno de los extremos del fósforo, con las superficies brillantes en la misma dirección. Pega 12 cm. de hilo en el otro extremo. Envuelve el lado libre del hilo alrededor del lápiz y asegúralo con cinta adhesiva de tal manera que el radiómetro quede suspendido dentro del frasco. Ahora colócalo en un lugar con mucho sol.

Resultados: El científico Sir Williams Crookes descubrió el elemento Talio en 1861, y para pesarlo utilizó una balanza de vacío muy precisa, donde notó que variaban las mediciones cuando le pegaba el sol a la balanza. Crookes inventó el molinillo de luz que lleva su nombre y explicó que se debía a la presión de la luz. James Clerk Maxwell había predicho esa fuerza luego de explicar que la luz se comportaba como partículas y como ondas al mismo tiempo. Yo no se si Crookes veía mal, nunca observó su aparato o no quería darse cuenta de el ligero problema que había con su explicación. Pero no fue hasta 1876 que el físico Arthur Schuster notó que las aspas giraban en sentido contrario... Crookes quería saber si la luz al chocar en una superficie ejercía alguna fuerza, así que pensó que la luz rebotaría en los lados más claros de la mica y el lado negro la absorbería. Pero cuál fue su sorpresa al notar que su radiómetro giraba para el lado contrario (el lado negro se alejaba del calor). Al principio se creía que los lados negros se calentaban y fomentaban el giro, pero en las observaciones se notó que el radiómetro giraba en sentido contrario si se enfriaba bruscamente. Esto contradecía esa explicación (y muchas otras teorías) ya que el lado claro no podía calentarse y fomentar el giro. La razón fue determinada por dos grandes científicos, James Clerk Maxwell y Osborne Reynolds: el efecto real ocurre en los bordes de las paletas. Básicamente, en el lado caliente, las moléculas del gas se están moviendo con una velocidad media más alta que los gases en el lado frío. Cuando las moléculas calientes golpean el borde de la paleta, en promedio producirán una fuerza en la paleta que está hacia el lado fresco. Puesto que la velocidad media de las moléculas calientes es mayor que la velocidad media de las moléculas frías, habrá una fuerza en la paleta hacia el lado fresco. A este efecto se le llamó 'arrastramiento termal'. En posteriores experimentos más avanzados y con un vacío casi perfecto se logró determinar que la luz si ejerce una fuerza.

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Discusión: Nuestro radiómetro de Crooks, no estaba completamente sellado al vacio, esto ocasiono que no funcionara correctamente.

Conclusiones: Nuestra practica no funciono, pero aun asi contamos con la literatura que nos muestra el funcionamiento del radiómetro de Crooks y como demuestra la transferencia de calor por radiación.

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Bibliografía:  

Gálvez F. J. y otros. Curso teórico práctico de fundamentos físicos de la ingeniería. Madrid: Tébar Flores, 1998. Holman, J. P. Transferencia de calor. Madrid: Editorial McGraw-Hill, 8ª ed., 1998.

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