Práctica de Laboratorio Nº 4
“Radiación de cuerpo negro”
Fecha de entrega 29 de Mayo
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Profesor: Marco Alberto Ayala Torres
Física Moderna - Grupo 4RV1
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Energía y Movilidad (UPIEM)
Ingeniería en Sistemas Energéticos y Redes Inteligentes (link)
23/Mayo/2022
Formato de informe - Liga a google docs
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Contenido- Práctica de laboratorio No. 4
Ejemplos
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Objetivo
Determinar para los diferentes tonos de piel la absorbancia relativa a un cuerpo negro.
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Definiciones
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Definiciones
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Objeto | Aν | Rν | Tν |
Totalmente negro | 1 | 0 | 0 |
Espejo perfecto | 0 | 1 | 0 |
Transparente perfecto | 0 | 0 | 1 |
Cuerpo negro
La radiación de cuerpo negro tiene un carácter universal: las propiedades de radiación del cuerpo negro son independientes del material particular del que está hecho el recipiente, la radiacion incidente es totalmente absorbida por el material.
Esta simplificación permite entender la intensidad versus longitud de onda (llamada distribución espectral) a temperaturas fijas sin la necesidad de comprender los detalles de reflexión o absorción.
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Cuerpo negro - Intensidad o radiancia espectral
Área bajo la curva
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Ley del desplazamiento de Wien
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III. Parte Experimental
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Estimar la absorbancia de los diferentes tonos de piel
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Tabla 1
Estimar la absorbancia de los diferentes tonos de piel
Dado el tiempo de exposición máximo de cada tipo de piel, obtenga la cantidad de energía a la que se estaría exponiendo una persona con sus diferentes tonos de piel. Esta cantidad corresponde a la radiación incidente correspondiente al tiempo de exposición. Considere que el tono de piel muy oscura tiene una absorbancia del 95±1% y a su vez que es capaz de emitir el 95±1% de la radiación como un cuerpo negro.
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http://www.aire.cdmx.gob.mx/descargas/publicaciones/simat-folleto-iuv.pdf
Tabla 1
Índice UV y el valor de MED/hora
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Tabla 2
1 MED/hora = 0.0583 Watts/m²
1 MED = dosis (irradiación ) efectiva eritemagénica de 210 Joules/m².
Determinar
1. Obtenga la absorbancia de los diferentes tonos de piel en función de la absorbancia de la piel muy oscura.
2. Aproximando al cuerpo humano como un cilindro de 1.75m altura y 13cm de diámetro con una temperatura superficial de 32°C obtenga: la cantidad de energía radiada (utilice la eficiencia para radiar obtenida en el punto anterior) y la diferencia entre esta energía y la energía incidente. (Ver problema resuelto en clase)
3. Para tres días distintos (con una diferencia de 10 días entre ellos), compare el valor reportado de MED/hora para las distintas horas del día y obtenga el valor total para cada uno de los días. Cuantifique la diferencia entre estos valores y discuta si existen cambios importantes entre ellos.
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IV.Datos
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Equipo | | |
1 | Tabla 1 | 1, 11 y 20 de Mayo |
2 | Tabla 1 | 2, 12 y 21 de Mayo |
3 | Tabla 1 | 3, 13 y 22 de Mayo |
4 | Tabla 1 | 4, 14 y 23 de Mayo |
Discusión
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Ejemplos
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Estimar la absorbancia de los diferentes tonos de piel
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Tabla 1
Tono de piel | Absorbancia 1 |
Muy oscura | 95% |
Morena oscuro | 31min/49min=63% |
7 IUV =0.175 W/m² para
31 min -> (0.175W/m² x 31min) = (0.175 J/(s m²) x 1860 s) = 325.5 J/m²
49 min -> (0.175 J/(s m²) x 2940 s) = 514.5 J/m²
Si el tipo de piel muy oscura tiene una absorbancia del 95%, entonces la energía absorbida de los 514.5 J/m² corresponde a 488.8 J/m²
Para la piel morena oscura, estimamos su absorbancia como la energía total de la piel morena oscura entre la muy oscura, entonces 325.5 J/m² entre 514.5J/m², eso nos da 0.63%. Así, la energía absorbida por la piel morena oscura es 325.5J/m² x 63% = 205.1 J/m²
Considerando 5 IUV = 0.125 W/m²
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Tono de piel | Absorbancia | Potencia incidente | Energía incidente | Columna 5 Potencia total (W) | Energía radiada total | ΔE |
Tabla 1 | Parte 1 | considerando 2m² como la superficie del cuerpo humano 0.125W/m² x 2m² =0.25 W | (Potencia incidente * tiempo máximo de exposición) | para 32°C radiancia total es igual a 86.5 W/m^2 Considerando la superficie de 2m^2 P = R(T) * Área P = 173 W | Potencia * tiempo de exposición máximo recomendado | Energía radiada - Energía incidente Parte 2 |
Muy oscuro | 95% | 0.23 | (68 min) -> 938 J | 164 W | 669120 J | 668182 J |
Moreno oscuro | 63% | 0.15 | (44 min) -> 432 J | 106 W | 279840 J | 279408 J |
Columna 5
Potencia total (W) para 32°C
para T=32°C =(273+32) K
R(305K) = 86.5 W/m²
Considerando la superficie del cuerpo humano para este ejemplo de 2m²:
P = R(T) * Área = 86.5W/m² * 2m²
P = 173 W
Para la piel tipo muy oscura P x 98%
y para la morena oscura P x 63%
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Ejemplo parte 3
En este ejemplo se muestra los valores de MED/HR en un intervalo de tiempo menor al solicitado (todo el día) para los días 9 y 17 de Mayo. Ustedes deben realizar lo mismo para los MED/HR reportado a lo largo del día y para los 3 días distintos indicados.
En la tabla se muestran los valores de MED/HR hora a hora en el intervalo seleccionado para los dos días de este ejemplo. También se calcula el total del MED/HR de ese intervalo de tiempo. Estos valores se comparan tomando el cociente entre el valor más pequeño (17 de mayo) y el mayor (9 de mayo) con el objetivo de determinar si existe un cambio en estos valores.
La gráfica que se muestra en la parte inferior también se debe realizar para todo el día con los 3 diferentes días indicados. Es importante notar que la gráfica nos ofrece un comportamiento global que difícilmente podremos determinar de una tabla. Se deben discutir los resultados obtenidos.
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¡Muchas gracias!
Contacto:
M. en C. Marco Alberto Ayala Torres
ayalatorresm@gmail.com
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