Cuerpos grises Un cuerpo gris es aquel que refleja la mita de la luz que le llega, mitad de la radiación es reflejada y la otra mita es absorbida. También podemos decir que "cuerpo gris" a un tipo especi al de superficie no negra en el que el poder emisivo monocromático es independiente de la longitud de onda de la radiación emitida, en el que W y Wn le dan el mismo cociente para todas las longitudes de onda de las radiaciones emitidas a la misma temperatura. Esta definición de cuerpo gris no elimina la posibilidad de que el poder emisivo dependa de la temperatura de la superficie emisora. Las características de superficie gris la poseen en grado bastante elevado ciertos materiales, como la pizarra, etc. Además, empleando el valor medio del poder emisivo tomado a lo largo de toda la banda de longitudes de onda es posible representar una superficie no gris como si lo fuera. Una suposición usada comúnmente en ingeniería, asume que la emisividad espectral de la superficie y la absortividad no dependen de la longitud de onda, siendo, por lo tanto, marcos ambos constantes. Esta regla se conoce como la "suposición del cuerpo gris". Aunque es común para examinar la "emisividad de un material" (tal como la emisividad de la plata altamente pulida), la emisividad de un material depende por lo general de su espesor. (Velasquez, 2014) Cuerpo gris y emitancia monocromática de un cuerpo Gris
Emitancia de un cuerpo Gris.
La emisividad de una superficie depende de factores como su temperatura, el acabado, el ángulo de emisión y la longitud de onda de la radiación. Una suposición usada comúnmente en ingeniería, asume que la emisividad espectral de la superficie y la absortividad no dependen de la longitud de onda, siendo, por lo tanto, marcos ambos constantes. Esta regla se conoce como la "suposición del cuerpo gris". Aunque es común para examinar la "emisividad de un material" (tal como la emisividad de la plata altamente pulida), la emisividad de un material depende por lo general de su espesor. Las emisividades citadas para los materiales son para muestras de espesor infinito, por lo tanto, para muestras delgadas del material tienen un coeficiente de emisividad menor. De esta forma, definimos un cuerpo gris como aquel cuya emisividad es constante ante la longitud de onda. Un ejemplo de cuerpo gris es la pizarra. La desviación de las propiedades térmicas de un material con respecto a las de un cuerpo negro está determinada por la estructura geométrica y la composición química, y sigue la ley de Kirchhoff para la radiación térmica, que establece que la emisividad es igual a absortividad para un objeto en equilibrio térmico. Así un cuerpo que no absorbe toda la radiación, no emite toda la radiación con respecto a un cuerpo negro. = T4 (Reséndiz, 2010) Ley de Kirchoff
En termodinámica, la ley de Kirchhoff de la radiación térmica, es un teorema de carácter general que equipara la emisión y absorción en objetos calientes, propuesto por Gustav Kirchhoff en 1859, a raíz de las consideraciones generales de equilibrio termodinámico. La ley de Kirchhoff establece que si un cuerpo (o superficie) está en equilibrio termodinámico con su entorno, su emisividad es igual a su absorbancia. Los objetos reales nunca se comportan como cuerpos negros ideales. La emisividad depende de la longitud de onda de la radiación, la temperatura de la superfi cie, ángulo de emisión y de propiedades como rugosidad, etc. En algunos casos resulta conveniente suponer que existe un valor de emisividad constante para todas las longitudes de onda, siempre menor que 1 (que es la emisividad de un cuerpo negro). La simplificación que nos sirve para resolver algunos casos en ingeniería donde no es necesario introducir la expresión de Planck y eventuales cálculos.
La ley de Kirchoff es una relación entre la emisión monocromática direccional y la absorción monocromática direccional para una superficie que está en equilibrio
termodinámico con su alrededor. Como ejemplo práctico, un vidrio transparente deja pasar la luz visible y por la ley de Kircchoff se sabe que no es buen emisor de luz visible (Universidad Politécnica de Madrid, 2014)
La ley establece que un cuerpo en equilibrio termodinámico emite tanto energía como la que absorbe en cada dirección y en cada longitud de onda. Si est o no ocurriese, el cuerpo podrá actuar como una bomba de calor absorbiendo desde una dirección y emitiendo en otra: podría refrigerar una dirección sin necesidad de trabajo... lo que iría contra el segundo principio de la termodinámica. El mismo razonamiento se extiende para el comportamiento espectral de ", luego, la ley de Kirchoff es una consecuencia de la aplicación del segundo principio. Otra forma de considerar el enunciado de Kirchoff es pensar dos cuerpos, el primero una cavidad y el segundo rodeado por el primero. Supongamos que el primer cuerpo es un cuerpo negro que se encuentra a una temperatura T0 mientras que el segundo cuerpo, a la misma temperatura T0, no lo es, sino que su absorción y su emisión " son arbitrarias. Nuestro análisis es más simple si ε solo depende de la longitud de onda, aunque el resultado se puede extender para ε( λ,θ,ϕ). El cuerpo 2 recibe una cantidad de calor para una dada, λ, ˙qaλ = α λ E bλ A donde E bλ es la potencia emitida por el cuerpo negro a la longitud de onda λ y A es el área. Por otra parte, como el cuerpo 2 está inmerso en el 1 y a la misma temperatura, emite radiación según ˙ qeλ = ε λ E bλ A. La condición de equilibrio exige que ˙qeλ = q˙aλ, luego, ε λ = α λ, un resultado que sólo depende de las propiedades espectrales del cuerpo 2. Se desprende de la ley de Kirchoff que α = ε. Dado que el cuerpo negro se define como aquel en donde α = 1, en cuerpos reales α < 1 y entonces, ningún cuerpo real podrá emitir más que un cuerpo negro a la misma temperatura. El cuerpo negro es un cuerpo ideal, pero en algunas circunstancias, se puede aproximar el comportamiento de un cuerpo real al de un cuerpo negro. (Universidad de Sevilla, 2013)
Materialización de un
cuerpo negro.
Los cuerpos negros o grises son por definición de radiación difusa. En cuerpos reales, los no metales presentan su emisividad mayor para la dirección normal a la superficie, mientras que los metales la tienen en una cercana a la azimutal.
Variación de la emitancia direccional con el ángulo para algunos materiales. (Cuello, 2015)
CONCLUSIONES
La ley de Kirchhoff establece que si un cuerpo (o superficie) está en equilibrio termodinámico con su entorno, su emisividad es igual a su absorbancia.
La emisividad no puede ser mayor a uno pues esto es imposible por la conservación de la energía, por lo que no es posible térmicamente irradiar más energía que un cuerpo negro, en equilibrio.
La forma radiactiva de la transmisión del calor se caracteriza porque la energía se transporta en forma de ondas electromagnéticas, que se propagan a la velocidad de la luz. El transporte de energía por radiación se puede realizar entre superficies separadas por el vacío; así por ejemplo, el Sol transmite energía a la Tierra por radiación a través del espacio que, una vez interceptada por la Tierra, se transforma en otras fuentes de energía.
Una suposición usada comúnmente en ingeniería, asume que la emisividad espectral de la superficie y la absortividad no dependen de la longitud de onda, siendo, por lo tanto, marcos ambos constantes
