Enunciado

O radiômetro de substituição elétrica, mostrado esquematicamente, determina o poder ótico (radiante) de um feixe através da medida da potência elétrica necessária para aquecer o receptor até a mesma temperatura de quando ele é irradiado. Com um feixe, como um laser de potência ótica P o p t , incidente no receptor, a sua temperatura, T s   aumenta ficando superior à temperatura das paredes da câmara, que são mantidas a uma temperatura uniforme T v i z = 77   K . Com o feixe ótico bloqueado, o aquecedor na parte de trás do receptor é energizado e a potência elétrica, P e l e t , requerida para atingir o mesmo valor de T s é medida. O objetivo de sua análise é determinar a relação entre as potências elétrica e ótica, considerando processos de transferência de calor no receptor.

Considere um radiômetro comum receptor com diâmetro de 15 mm, que possui uma superfície enegrecida com uma emissividade de 0,95 e uma absortividade de 0,98 para o feixe ótico. Quando operando no modo ótico, perdas térmicas por condução na parte de trás do receptor são desprezíveis. No modo elétrico, as perdas representam 5% da potência elétrica. Qual é a potência ótica de um feixe quando a potência elétrica indicada é de 20,64 mW? Qual é a temperatura do receptor correspondente?

Passo 1

Oii pessoal, show de bola??

“A loucura é como a gravidade, só precisa de um empurrãozinhooo...”

Bora empurrar e macetar essa questãozinha comigo agora

Conhecemos:

Condições operacionais para um radiômetro de substituição elétrica com a mesma temperatura do receptor, T nos modos elétrico e óptico.

O que devemos encontrar:

Potência óptica do feixe de laser A e temperatura do receptor correspondente quando a potência elétrica indicada é de 20,64 mW.

O esquema e o seguinte:

Passo 2

  1. Constante – Condições de estado
  2. Condição de perdas na parte traseira do receptor insignificante no modo óptico
  3. As paredes da câmara formam um grande ambiente isotérmico, efeitos desprezíveis devido à abertura.
  4. A troca de radiação entre a superfície do receptor e as paredes da câmara ocorre entre pequena superfície e grande invólucro.
  5. Efeitos de convecção desprezíveis.

Passo 3

A propriedades que temos

Superfície receptora E = 0.95 = 0.98 .

A análise que devemos fazer:

O esquema representa as condições de operação para o modo elétrico com o feixe óptico bloqueado, a temperatura da superfície do receptor pode ser encontrada partindo de um balanço de energia no receptor, considerando a entrada de energia elétrica, perda de condução na parte traseira do receptor e o trocador de radiação entre o receptor e a câmara.

E i n - E o u t = 0

P e l e t - q p e r d a - q r a d = 0

P e l e t - 0.05 P e l e t - ε A s σ T s 4 - T s u r r 4 = 0

2064 × 10 - 3 W 1 - 0.05 - 0.95 0.015 2 4 m 2 × 5.67 × 10 - 8 W / m 2 ⋅ K 4 T s 4 - 77 4 K 4 = 0

T s = 213.9   K

Passo 4

Para o modo óptico de operação, a temperatura do feixe óptico incidente no receptor é a mesma do modo elétrico. A potência óptica do feixe pode ser encontrada partindo de um balanço de energia no recepto considerando a potência absorvida do feixe e a troca de radiação entre o receptor e a câmara.

E i n - E o u t = 0

a o p t     P o p t - q r a d = 0.988 o p t - 19.60   m W = 0

P o p t = 19.99   m W

Onde q r a d   segue do balanço de energia anterior usando

T s = 213.9   K

Passo 5

Reconhecendo que a temperatura do receptor e, portanto, a troca de radiação, é a mesma para ambos os modos, um balanço de energia poder ser escrito diretamente em termos da potência óptica absorvida e da potência elétrica equivalente.

a o p t     P o p t = P e l e t - q l o s s

“Faça seus medos terem medo de você”

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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