1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE MEXICALI
INGENIERIA QUIMICA
LABORATORIO INTEGRAL I
UNIDAD IV
REPORTE PRACTICA #13
LEY DE STEFAN-BOLTZMANN
Integrantes:
Aranda Ramírez Eva L.
Cruz Rivera Laura A.
Ceceña Rodríguez Karla A.
Arredondo Juárez Edith A.
Rojas García Tania Y.
Rolón Correa Beyda
Profesor:
Rivera Pazos Norman Edilberto
MEXICALI 1 DE JUNIO 2018
2. Índice
1. Objetivo
2. Marco teórico
3. Material y Equipo
4. Procedimiento
5. Resultados y estimaciones
6. Incidencias
7. Evidencia
8. Conclusiones
9. Bibliografía
3. Objetivo
Determinar experimentalmente un perfil de temperatura a través de un sólido.
Marco Teórico
Se denomina radiación térmica o radiación calorífica a la emitida por un cuerpo debido a su temperatura. Todos
los cuerpos con temperatura superior a 0 K 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 0,1µ m a 100µm, abarcando por
tanto parte de la región ultravioleta, la visible y la infrarroja del espectro electromagnético. En otros rangos de
longitudes de onda (por ejemplo: ondas de radio o rayos X) los efectos de la radiación no son esencialmente
caloríficos. La potencia de radiación de un cuerpo depende de su temperatura y de las características de su
superficie, alcanzando valores apreciables sólo para objetos “calientes”.
Se denomina cuerpo negro al objeto capaz de absorber toda la radiación que le llega; es también un emisor
perfecto. La potencia total que emite un cuerpo negro por unidad de superficie (emitancia) depende de la cuarta
potencia de su temperatura absoluta.
Ley de Stefan-Boltzmann:
La ley de Stefan-Boltzmann establece que un cuerpo negro emite radiación térmica con una potencia emisiva
hemisférica total (W/m²) proporcional a la cuarta potencia de su temperatura:
𝐸 = 𝜎 ∙ 𝑇𝑒
4
Donde Te es la temperatura efectiva, es decir, la temperatura absoluta de la superficie y sigma es la constante de
Stefan-Boltzmann:
𝜎 = 5.67𝑥10−8 𝑤
𝑚2 𝐾4⁄
Esta potencia emisiva de un cuerpo negro (o radiador ideal) supone un límite superior para la potencia emitida
por los cuerpos reales.
La potencia emisiva superficial de una superficie real es menor que el de un cuerpo negro a la misma
temperatura y está dada por:
𝐸 = 𝜀 ∙ 𝜎 ∙ 𝑇𝑒
4
Donde épsilon (ε) es una propiedad radiativa de la superficie denominada emisividad. Con valores en el rango
0 ≤ ε ≤ 1, esta propiedad es la relación entre la radiación emitida por una superficie real y la emitida por el
cuerpo negro a la misma temperatura. Esto depende marcadamente del material de la superficie y de su
acabado, de la longitud de onda, y de la temperatura de la superficie.
4. Material y Equipo
Cantidad Nombre Observaciones
1 Termómetro infrarrojo
1 Tubo de aluminio
1 Cinta métrica
Guantes de asbesto
1 Mechero
1 Tubo de bronce
1 Soportes universales
1 Pinzas 3 dedos
Procedimiento
1. Dividir la longitud del tubo en 5 y marcarlo con un plumón.
2. Envolver el tubo de aluminio con fibra de vidrio y colocar en el soporte universal con las pinzas.
3. Conectar y prender el mechero y colocarlo abajo del tubo sin que la flama toque el tubo.
4. Esperar a que el flujo de calor encuentre su punto de equilibrio.
5. Tomar las medidas en cada marca del tubo.
6. Calcular el calor por radiación en cada longitud.
7. Graficar los perfiles de temperaturas.
Resultados y Estimaciones
Considerando los siguientes datos:
Utilizando la fórmula para calcular el calor por radiación:
𝑞 = 𝜎 ∗ 𝐴 ∗ 𝑇4
Se obtuvo el siguiente perfil de temperatura:
Area (m^2) 0.00028
σ
(W/m^2*K^4)
5.67E-08
383.85 0.016 0.349002
343.25 0.032 0.223164
338.05 0.048 0.209945
319.25 0.064 0.166996
312.45 0.08 0.153216
m
T (K)
±0.05
q (W)
Aluminio
5.
6. Incidencias
1.- El único error obtenido aquí fue la diferencia de temperaturas, ya que se debían marcar varios puntos y
tomar la temperatura de todos ellos. Sin embargo, las temperaturas subían y bajaban bastante en un mismo
punto por lo que no se tenía la seguridad de cuál era la correcta.
Solución: Tomar la temperatura con dos dispositivos diferentes y ver la diferencia de valores para asegurar cual
era la temperatura correcta que se debía tomar para los cálculos.
Evidencias
Conclusión
Teóricamente, en un perfil de temperatura, entre más distancia haya de la fuente de calor, la temperatura ira
disminuyendo, y esto lo pudimos comprobar en la práctica. Hubo ciertos errores en la temperatura de la barra,
pero creemos que fue por el mal uso del termómetro infrarrojo, por lo que utilizamos dos termómetros y
comparamos los resultados, tomando en cuenta los que fueran más cercanos a los estimados.
Bibliografía
●https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Stefan-Boltzmann
●http://mandelbrot.fais.upm.es/html/Laboratorios/Transmision_Calor/LaboTC_p3.pdf
