Irraggiamento

Trasferimento di energia termica senza mezzo materiale

Principi di base

Il trasferimento di energia termica che non richiede la presenza di un mezzo materiale tra i sistemi interessati è un fenomeno importante da comprendere. La lunghezza d'onda e la frequenza sono caratteristiche fondamentali da considerare:

• Lunghezza d’onda: λ = 10 m; nm = 10^-9 m
• Frequenza: Hz
• Periodo: T (s)

È importante distinguere un’emissione volumetrica (gas, vapori) da un’emissione superficiale (solidi, liquidi). Nel caso dei gas o vapori, consideriamo il mezzo come trasparente, ovvero come quel mezzo che non assorbe energia.

Energia emessa

• Energia emessa nell’unità di tempo, per unità di area normale alla direzione di propagazione, per unità di intervallo di lunghezza d’onda e per unità di angolo solido.
• Energia emessa su tutto l’emisfero superiore nell’unità di tempo, per unità di area e per unità di lunghezza d’onda.

Costanti fisiche

Alcune costanti fondamentali includono:

• c: velocità della luce nel vuoto, 2,998 × 10⁸ m/s;
• In un mezzo avente indice di rifrazione n, c = c /n;
• h: costante di Planck, 6,6256 × 10^-34 J·s;
• K: costante di Boltzmann, 1,3805 × 10^-23 J/K;
• C = 3,742 × 10^-34 J·s;
• C = 1,439 × 10^-2 μm·K.

Superfici selettive

Alcune superfici presentano un comportamento all’assorbimento, trasmissione e riflessione molto diverso al variare della lunghezza d’onda. Queste superfici vengono dette selettive. Esempi includono vetro, plastica e anidride carbonica. Il vetro ha un elevato coefficiente di trasmissione per 2,5 μm < λ < 6 μm ed è opaco per radiazioni di lunghezza d’onda maggiore. Questa caratteristica dà origine all’effetto serra.

Equilibrio termico

Se il corpo interno fosse un corpo nero, esso assorbirebbe tutta l’energia incidente. All’equilibrio termico, ciò che il corpo assorbe deve essere emesso. Le condizioni termiche sulla Terra derivano dall’equilibrio tra due grandi quantità di energia raggiante: quella proveniente dal sole e quella irradiata nello spazio dalla terra stessa. L’energia che arriva su di una superficie disposta perpendicolarmente alla radiazione solare e posta al limite esterno dell’atmosfera è di circa 1353 W/m². Una relazione più rappresentativa è data da: W/m², con n giorno progressivo dell’anno.

Rapporto energetico

È il rapporto tra l’energia che nell’unità di tempo viene emessa da una superficie e va a finire direttamente su di un’altra e l’energia che complessivamente viene emessa nell’emisfero dalla superficie stessa.