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Irraggiamento
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Il documento approfondisce i principi fondamentali dell'irraggiamento termico, definendo l'irradianza (G), l'energia per unità di superficie e tempo, e le sue componenti: assorbimento (A), riflessione (R) e trasmissione (T). Vengono introdotti i concetti di potere emissivo (E) e radiosità (J). Si definisce il corpo nero come riferimento ideale, caratterizzato da un potere emissivo massimo En(T)=σT⁴ (legge di Stefan-Boltzmann) e da assorbimento perfetto. La legge di Planck descrive lo spettro di emissione, mentre la legge di Wien indica lo spostamento del picco con la temperatura. L'emissività (ε) quantifica la capacità di emissione rispetto al corpo nero, e la legge di Kirchhoff stabilisce che assorbimento ed emissività sono uguali per la stessa lunghezza d'onda. Viene spiegato l'effetto serra e i fattori di vista (Fij) per il trasferimento radiativo tra superfici.
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Irradianza e Trasferimento Radiativo:
- L'irradianza (G) è la quantità di energia per unità di superficie e tempo (W/m²).
- L'energia incidente (G) si scompone in: assorbita (A), riflessa (R) e trasmessa (T), quindi G = A + R + T.
- Il potere emissivo (E) è la radiazione emessa da un corpo al di sopra di 0K.
- La radiosità (J) è la somma della radiazione riflessa e di quella emessa (J = R + E).
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Il Corpo Nero:
- È un corpo di riferimento ideale che emette il massimo potere emissivo possibile En(T) ed è un assorbitore perfetto (R=0, T=0).
- Il potere emissivo spettrale (Eλ) di un corpo nero aumenta con la temperatura e il suo massimo si sposta verso lunghezze d'onda minori (Legge di Wien: λmax•T = C0).
- La legge di Planck descrive analiticamente la distribuzione spettrale del potere emissivo.
- Il potere emissivo totale del corpo nero è En(T) = σT⁴ (Legge di Stefan-Boltzmann).
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Emissività e Corpi Reali:
- L'emissività (ελ) è il rapporto tra il potere emissivo di un corpo reale e quello di un corpo nero alla stessa temperatura e lunghezza d'onda (ελ = Eλ/Enλ).
- Dipende dalla lunghezza d'onda (λ), non dalla temperatura.
- Classificazione: Corpo Bianco (ε=0), Corpo Nero (ε=1), Corpo Grigio (0 < ε < 1).
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Leggi Fondamentali:
- Dividendo G = A + R + T per G si ottengono i coefficienti di assorbimento (α), riflessione (ρ) e trasmissione (τ): 1 = α + ρ + τ.
- Corpi opachi sono quelli per cui τ = 0.
- Legge di Kirchhoff: Per ogni lunghezza d'onda (λ), il coefficiente di assorbimento è uguale all'emissività (αλ = ελ).
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Effetto Serra:
- È un fenomeno basato sulla dipendenza di τ dalla lunghezza d'onda (es. vetro o CO2).
- Materiali come il vetro permettono alla radiazione solare a onda corta di entrare, ma assorbono o riflettono la radiazione a onda lunga emessa da corpi più freddi all'interno, intrappolando il calore.
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Fattori di Vista (Fij):
- Rappresentano la frazione di radiazione che lascia la superficie i e incide direttamente sulla superficie j.
- Proprietà della cavità: La somma dei fattori di vista da una superficie a tutte le altre in una cavità è unitaria (ΣjF1-j = 1).
- Proprietà dell'additività: F1-(2+3) = F1-2 + F1-3.
- Proprietà della reciprocità: F1-2A1 = F2-1A2.
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