Principio de Funcionamiento Pirómetros Radiación

Principio de Funcionamiento

Todos los cuerpos emiten un tipo de radiación conocida como radiación térmica, que depende en gran medida de su temperatura. La mayor parte de esta radiación (aproximadamente el 90%) es invisible al ojo humano, debido a que se encuentra en la zona infrarroja del espectro. A su vez, la intensidad de la radiación emitida por el cuerpo depende de su forma y composición.

Un cuerpo negro tiene un espectro de radiación que sólo depende de su temperatura absoluta, y también posee la propiedad de absorber toda la radiación que incide en él (por esto se le denomina cuerpo negro). Se puede construir una configuración física con estas propiedades de diferentes maneras, siendo la más conocida un cuerpo con una cavidad interior cuyas paredes están a una temperatura uniforme T, que irradia al ambiente externo sólo por un pequeño orificio.

A cualquier temperatura, todo cuerpo emite radiacion y absorbe la procedente de los cuerpos que lo rodean. Si no están todos a la misma temperatura, los más calientes se enfrian y los más fríos se calientan, de modo que basta con la radiación para que se establezca el equilibrio térmico (No hace falta ni conducción ni convección). Cuando se alcanza el equilibrio todos los cuerpos emiten tanta radiacion como absorben. Por lo tanto los cuerpos que más emiten son los que más absorben y, en consecuencia, el cuerpo negro es tambien el mejor emisor.

La intensidad de la radiación emitida, por longitud de onda, por un cuerpo negro está dada por:

(1)

que es una relación atribuida a Max Planck en 1900. De (1) puede obtenerse la Ley de Stefan–Boltzman (que relaciona la intensidad total irradiada con la temperatura del objetivo) integrando en todo el espectro. El resultado queda expresado en la siguiente relación:

W = s T4

Donde:
W: (potencia emitida) es el flujo radiante por unidad de área,
s: es la constante de Stefan - Boltzman (cuyo valor es 5.67 10-8 W / m2 K4) y
T: es la temperatura en Kelvin
Si el cuerpo radiante de área A está dentro de un recinto cerrado que está a la temperatura To, su pérdida neta de energía por segundo, por radiación está dada por:

U = s A (T4 - To4) La ley de Stefan fue establecida primeramente en forma experimental por Stefan en 1879; Boltzman proporcionó su demostración termodinámica en 1884.

Gráfico de la energía radiante de un cuerpo a varias temperaturas en función de la longitud de onda (12 micras para la lente de fluoruro de calcio) En ordenadas se representa el porcentaje de energía radiante y en abcisas la longitud de onda en micras.

Desde el punto de vista de la medición de temperaturas industriales, las longitudes de onda térmicas abarcan desde las 0.1 micras para las radiaciones ultravioletas, hasta las 12 micras para las radiaciones infrarrojas. La radiación visible ocupa un intervalo entre la longitud de onda de 0.45 micras para el valor violeta, hasta las 0.70 micras para el rojo.