A função de emissividade espectral de uma superfície opaca a 1.000 K é aproximada como
Determine a emissividade média da superfície e a uma taxa de emissão de radiação da superfície, em W / m^2.
Passo 1
Vamos dar uma olhada no que o problema está pedindo: temos uma função de emissividade espectral para uma superfície opaca a uma temperatura de 1.000 K, que varia de acordo com o comprimento de onda . Precisamos calcular duas coisas:
A emissividade média da superfície.
A taxa de emissão de radiação dessa superfície em .
Para resolver isso, vamos usar conceitos de radiação térmica e emissividade, além de integrar as funções fornecidas para encontrar os valores necessários.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é emissividade média. A emissividade média (é) é uma média ponderada da emissividade espectral ao longo de todos os comprimentos de onda, considerando como a energia é distribuída em cada faixa de . Basicamente, ela nos dá uma ideia de quão eficiente a superfície é em emitir radiação em geral.
Passo 3
Para calcular a emissividade média, usamos a seguinte fórmula:
Aqui, é a distribuição espectral de energia emitida por um corpo negro à temperatura , conhecida pela Lei de Planck.
Passo 4
A distribuição espectral de energia E(lambda, T) = 2 pi h c^2lambda^5 cdot 1e^hclambda k T - 1 é dada por:
Onde:
é a constante de Planck (),
é a velocidade da luz (),
é a constante de Boltzmann (),
é a temperatura em Kelvin,
é o comprimento de onda.
Passo 5
Vamos dividir a integral da emissividade média nos três intervalos de fornecidos:
Para :
Para :
Para :
Isso nos permitirá calcular a emissividade média considerando cada faixa separadamente.
Passo 6
Vamos calcular a emissividade média utilizando os valores constantes de varepsilonmédia = 0,4 cdot integral0^3 E(lambda, T) , dlambda + 0,7 cdot integral3^6 E(lambda, T) , dlambda + 0,3 cdot integral6^infty E(lambda, T) , dlambdaintegral0^infty E(lambda, T) , dlambda em cada intervalo:
é
Passo 7
Sabemos que a integral total integral0^infty E(lambda, T) , dlambda = sigma T^4 é igual à lei de Stefan-Boltzmann:
Onde é a constante de Stefan-Boltzmann ().
Para simplificar, vamos considerar que a contribuição de cada intervalo de pode ser ponderada pela sua emissividade constante. Assim, a emissividade média pode ser aproximada pela média ponderada das emissividades nos diferentes intervalos.
A emissividade média da superfície é aproximadamente Emissão = sigma cdot varepsilonmédia cdot T^4 . Para encontrar a taxa de emissão de radiação, usamos a fórmula da lei de Stefan-Boltzmann ajustada pela emissividade média:
Emissão = 5,67 times 10^-8 , W/m^2K^4 times 0,467 times (1000 , K)^4 approx 2,66 times 10^4 , W/m^2 ãé
Substituindo os valores:
ã
Portanto, a taxa de emissão de radiação da superfície é aproximadamente .