Ir a contenido


Foto

Radiación de Cuerpo Negro, Experimento Infrarrojo.


  • Por favor, Inicia sesión para responde
3 respuestas en este tema

#1 FLA

FLA

    Nikonistas Forever

  • Nikonistas
  • PipPipPipPipPip
  • 3.228 mensajes
  • Género:Hombre
  • Población:Zaragoza
  • Aficiones:Amar la Vida y Vivir el Amor

Escrito 05 septiembre 2016 - 23:15

Buenas…

Esto es ciencia...

 

Introducción:

Todo lo que nos rodea, desde aquí hasta el más recóndito rincón del universo, funciona en base a las mismas leyes físicas.

Todas estas leyes hacen trabajar a la materia y la energía en total simbiosis y equilibrio, proporcionándonos el modelo de universo que conocemos…

Las cosas que suceden a nuestro alrededor suelen esconder una física asociada compleja, pero el vivirlas a diario hace que, el cerebro, simplifique su funcionamiento, llegando a convertir incluso la física cuántica en sencillas intuiciones que todos llevamos dentro….

El ejemplo que hoy traigo al foro es uno de ellos.

Cualquier persona comprende que, un metal o un trozo de carbón en una barbacoa, a mayor temperatura más quema, incluso a partir de una temperatura concreta que es alta, llega a emitir luz visible, poniéndose al rojo vivo. Todos hemos puesto una costillita al lado de la brasa que da luz, no al lado de la que no da, ¿verdad?, identificándola porque esta incandescente, o sea, que da luz.

Tanto en la edad de los metales, hace 11000 años, como en la actualidad, este conocimiento es asumido con normalidad por el ser humano, sin necesidad de saber o entender las complejas leyes de la física cuántica asociadas a este fenómeno…

Podríamos citar a Boltzmann, a Planck, a Einstein, a Rayleigh, a Jeans…etc, etc, cada uno de ellos aportando una fracción de conocimiento al “simple” hecho de relacionar la temperatura con el campo electromagnético radiado en función de su nivel y su longitud de onda.

 

Definicion:

El principio de “radiación de cuerpo negro” dice que:

Todo cuerpo radia campos electromagnéticos estando su longitud de onda relacionada directamente con la temperatura del mismo y su nivel de energía con la longitud de onda.

Dicho de otra manera, cuando un cuerpo se calienta, emite radiación en función de la temperatura que adquiere e incluso a temperatura ambiente, esa emisión existe pero de niveles bajísimos. Esto es aplicable a todo desde un trocito de metal hasta una estrella, e incluso un agujero negro…lo único que cambia es la parte de la física que aplicas o como la aplicas en función del resto de variables asociadas..

La temperatura, gravedad y densidad de un agujero negro no es comparable con la brasa de nuestra barbacoa, por lo que algo más complejo parece ser a la hora de explicar un fenómeno común a ambos…la radiación asociada a su temperatura, en este caso, la calve seria la Radiación de Hawkins.

La ley de Kirchhoff dice que un objeto que es buen receptor de la energía, también es buen emisor de la misma. De ahí que se diga que los objetos negros absorben más calor que los blancos y por lo tanto también la emiten mejor, por esto, nosotros empleamos para esta prueba un soldador con punta de cobre.

Siempre estará mas fresquito un coche con la pintura de espejo que un coche negro mate…

Esto también lo sabemos casi desde que nacemos…verdad???

 

Cuando calentamos un hierro al fuego, pasa por diferentes colores según se calienta, desde un rojo apagado hasta un blanco intenso…del rojo vivo al rojo blanco antes de fundirse…

Este es el principio de radiación de cuerpo negro….

Un objeto a la temperatura adecuada, genera luz. A temperatura un poco más baja genera infrarrojos y a temperatura algo más alta, ultravioleta…

A nuestros ojos, no tienen mucha complicación entenderlo.

En casa, encendemos una bombilla y tenemos luz, es básicamente lo mismo, un filamento de tungsteno que al calentarlo emite luz.

Siempre se emiten varias longitudes de onda a la vez, desde IR hasta UV, pasando por la visible, aunque a cada frecuencia le corresponde una energía concreta..

Las bombillas de incandescencia dan luz blanca, por ejemplo, pero también se calientan y generan IR y algunas incluso generan UV.

Las bombillas LED están más centradas en generar solo luz visible, y al no radiar calor, no generan apenas IR…están frías aun generando luz blanca….

 

 

Desarrollo:

En este experimento infrarrojo, vamos a calentar un trozo de metal hasta una temperatura de unos 450 grados centígrados y vamos a observar que le ocurre a nivel físico.

Por la temperatura máxima que alcanzamos en la pieza de cobre, la frecuencia de la radiación será muy baja, dentro del espectro de los infrarrojos…esos 450 grados máximos no dan suficiente calor como para que el cobre emita luz visible…

Tendríamos que subir hasta los 900 o 1000  grados para que empezara a generar luz visible

En todo el proceso, el cobre no genera luz visible, por lo tanto, la única indicación que podemos tener de su calentamiento, tenemos que determinarla acercando la mano que si es sensible a los infrarrojos, al calor.

Siempre veremos el soldador como si estuviera apagado, es decir, negruzco, pero en IR la cosa cambia….

Partimos de un soldador con punta de cobre al que le vamos aplicando energía de forma controlada..

La temperatura inicial es de 275 grados y subimos de poco en poco tomando una fotografía en cada tramo de temperatura hasta llegar a los 450.

Todas las imágenes tienen las mismas características de disparo, salvo la ultima, que es de 1/80 de segundo

Ya que la temperatura obtenida es “baja” la cantidad de energía radiada también lo es y para que mi NIKON especial IR sea capaz de verla damos tiempos de exposición adecuados.

Podemos observar como, según aumenta la temperatura del cuerpo negro, la cantidad de energía radiada es mayor y su color más “radiante”.

 

275 grados. 1600 ISO, 30 seg Exposición.

29375731422_b2756090ab_h.jpgRadiación de Cuerpo Negro Soldador 275 Grados by Fernando Lamarca, en Flickr

 

325 grados. 1600 ISO, 30 seg Exposición.

29404399171_36ac6a5596_h.jpgRadiación de Cuerpo Negro Soldador 325 Grados by Fernando Lamarca, en Flickr

 

400 grados. 1600 ISO, 30 seg Exposición.

28859838204_301103ce32_h.jpgRadiación de Cuerpo Negro Soldador 400 Grados by Fernando Lamarca, en Flickr

 

450 grados. 1600 ISO, 30 seg Exposición.

29375681122_a4cfffdebd_h.jpgRadiación de Cuerpo Negro Soldador 450 Grados by Fernando Lamarca, en Flickr

 

Soplete a 1250 grados y soldador a 450. 1600 ISO, 1/80 seg Exposición

En este caso, la llama genera luz así que no es comparable una temperatura con otra, principalmente por la componente de luz visible

29404337241_fe074d83f4_h.jpgSoplete Butano1250 Grados VS Radiación de Cuerpo Negro Soldador 450 Grados by Fernando Lamarca, en Flickr

 

 

 

Conclusión:

A mayor temperatura mayor frecuencia de emisión y, por lo tanto, de mayor energía.

Para una longitud de onda de emisión lambda concreta, la energía de radiación de un cuerpo negro es el doble del producto de la constante de Boltzmann por la velocidad de la luz y por la temperatura absoluta del objeto partido todo por la longitud de onda del campo electromagnético a la cuarta.

Dicho coloquialmente, cuanto más blanca es su luz, más energía radia, eso en luz visible….

Llega un momento en que la radiación pasa a ser ultravioleta y a partir de entonces, aunque  fuera cada vez más energética, seria invisible…

Este fenómeno está asociado al primer principio de termodinámica y a la ley de conservación de la energía.

La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma…y esta permanece constante en el tiempo.

Si aplicas más energía a un objeto, algo tienen que ocurrir en el objeto para que ese equilibrio siga siendo correcto…aumentar su brillo y su nivel energético es lo que nos propone la física…

 

Como siempre, la puerta ya está abierta, cada cual que la atraviese si así lo quiere….

 

 

 

Un saludo

 

Fernando


  • Titaniano le gusta esto

#2 Hipoprof

Hipoprof

    Expert@

  • Usuarios avanzados
  • PipPipPipPip
  • 1.036 mensajes
  • Género:Hombre
  • Población:bumbutu

Escrito 10 septiembre 2016 - 08:42

Pasión. Me lo voy a volver a leer.

 

Saludotes y enhorabuena, que lo sigas disfrutando tantísimo.



#3 Patufet

Patufet

    Expert@

  • Usuarios avanzados
  • PipPipPipPip
  • 873 mensajes
  • Género:Hombre
  • Población:Barcelona
  • Aficiones:Automovilismo,aeromodelismo,fotografía,viajes etc...

Escrito 12 septiembre 2016 - 17:43

Muy interesante, en particular la descripión física del fenómeno.

 

Saludos



#4 nsx125

nsx125

    Pasaba por aquí

  • Usuarios
  • 14 mensajes
  • Género:Hombre
  • Población:Barcelona

Escrito 05 agosto 2017 - 14:48

Muy interesante!

 

Hace un tiempo pillé una vieja webcam y le quité el filtro UV interno que llevan para experimentar un poco. És muy curioso ver los objetos incandescentes y como alumbran a su alrededor.






1 usuario(s) están leyendo este tema

0 miembros, 1 invitados.