lección 2 1
sumario 2 Fuentes de radiación. El cuerpo negro. Leyes de la radiación. Terminología radiométrica.
fuentes de radiación 3 Energía radiante: es la energía transportada por una onda electromagnética. Radiación: es el fenómeno físico generador de energía. La energía electromagnética no se crea: se genera a partir de la transformación de otras fuentes de energía. Coherencia de la radiación: ancho de banda de la emisión.
generación n de la radiación 4 Ondas de radio: generadas mediante osciladores, en los cuales se hacen circular corrientes eléctricas por oscilación periódica de cargas. Microondas: se generan en el interior de tubos electrónicos mediante la interacción de la energía transportada en chorros de electrones con diversos materiales. Ultravioleta (UV), Visible (VIS) e Infrarroja (IR): mismo método o incandescencia de materiales. Energía térmica: debida a la energía cinética de las moléculas.
5 Cualquier cuerpo a una cierta temperatura emite radiación en todas las longitudes de onda. El cuerpo negro es un emisor y receptor de energía perfecto. La energía radiante emitida desde el cuerpo negro por unidad de superficie, en la unidad de tiempo y por unidad de intervalo de longitud de onda, tiende a cero para longitudes de onda muy cortas y muy largas, y presenta un sólo máximo a una longitud de onda que depende de la temperatura.
el cuerpo negro 6 rayo incidente
ley de Stefan-Boltzmann 7 Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética por el hecho de estar a una temperatura distinta de cero. La radiación emitida por unidad de área y por unidad de tiempo es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta: E = σt σ es la constante de Stefan-Boltzmann: 5,67 10-8 w m-2 K-4 4
ley de radiación n de Planck 8 Energía radiada en una longitud de onda λ desde un cuerpo negro a una temperatura T: E λ,t 8πhc = 5 λ ( hc kt ) k es la constante de Boltzmann: 1,38054±0,00006 10-16 erg K -1. λ 1 h es la constante de Planck (6,626 10-34 J s). e 1
ley de desplazamiento de Wien 9 La longitud de onda para la cual es máxima la emisión del cuerpo negro es inversamente proporcional a su temperatura absoluta: λ max ( μm) = 0, 2014 hc kt = 2898 T ( μmk) ( K)
ley de desplazamiento de Wien 10 emitancia (w/m mm) 2 10 9 10 8 10 7 6.000 K 4.000 K espectro visible radiación del cuerpo negro a la temperatura del sol 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 3.000 K 2.000 K 1.000 K 500 K 300 K 200 K 0,2 0,5 1 2 5 10 20 50 100 longitud de onda (mm) radiación del cuerpo negro a la temperatura de la Tierra
la radiación n del cuerpo negro 11 Temperatura (K) % IR % VIS % UV 1.000 99,999 7,367 10-4 3,258 10-11 2.000 98,593 1,406 7,400 10-4 3.000 88,393 11,476 0,131 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000 71,776 55,705 42,661 32,852 25,565 20,154 16,091 26,817 39,166 45,732 47,506 46,210 43,247 39,567 1,407 5,129 11,607 19,641 28,224 36,.599 44,342
terminología a radiométrica 12 Energía radiante Q: es la energía transportada por la onda electromagnética. Se mide en Julios (J). Densidad de energía radiante W : es la cantidad de energía por unidad de volumen. Se mide en J m -3. Flujo radiante Φ : W = dq dv Es la energía radiada desde una superficie por unidad de tiempo. Se mide en watios. Φ = dq dt
terminología a radiométrica 13 Densidad de flujo radiante: es el flujo radiante interceptado por la unidad de superficie plana. Se mide en w m -2. Irradiancia E es la densidad de flujo radiante cuando penetra en la superficie. Emitancia M es la densidad de flujo cuando sale de la superficie. E,M = dφ da
terminología a radiométrica 14 Intensidad radiante I : es el flujo radiante emitido desde una fuente puntual por unidad de ángulo sólido. Se mide en watios/estereorradián (w sr -1 ). r S = r 2 I dφ = d Ω Estereorradián: unidad de medida del ángulo sólido. Es el sustendido por un sector esférico de 1 m 2 de superficie, sobre una esfera de 1 m de radio.
terminología a radiométrica 15 Radiancia L : es la intensidad radiante emitida desde una fuente superficial en una determinada dirección por unidad de área proyectada perpendicularmente a esa dirección. Se mide en w sr -1 m -2. L di = cos θ da siendo θ el ángulo formado por la normal a la superficie y la dirección considerada.
radiancia 16 normal a la superficie θ Flujo φ Ángulo sólido Ω Superficie proyectada Superficie radiante
tipos de superficie por el hábito h reflectivo 17 Superficies lambertianas: aquéllas cuya radiancia no depende de la dirección. Superficies parcialmente lambertianas: aquéllas en las que la radiancia depende de la dirección de emisión. Superficies especulares: emiten solamente en una dirección.
un matiz... 18 Todos los términos radiométricos anteriores pueden matizarse con el calificativo espectral, reduciendo entonces la magnitud de la variable a la registrada sólo en un determinado intervalo de longitudes de onda. Ejemplo: Flujo espectral entre las longitudes de onda λ 1 y λ 2 : Φ 2 [ λ, λ ] = Φ( λ) dλ 1 2 λ λ 1