Trasmissione del calore - Grandezze energia raggiante

Il fenomeno dell'irraggiamento

Il fenomeno dell'irraggiamento è caratterizzato dall'emissione di energia sotto forma di onde elettromagnetiche. Tutti i corpi emettono energia raggiante per il semplice fatto di trovarsi a una determinata temperatura. I corpi condensati (solidi e liquidi) sono in grado di emettere a tutte le lunghezze d'onda, mentre gli aeriformi hanno spettri di emissione definiti "a righe" poiché emettono soltanto a determinate lunghezze d'onda.

Il trasferimento energetico per irraggiamento

Il trasferimento energetico per irraggiamento si compone di tre fasi: emissione, trasporto e interazione.

Emissione

Per parlare di emissione, a causa della rapidità che caratterizza tale fenomeno, ragioniamo in termini di potenza, considerando prima l'aspetto quantitativo e poi quello qualitativo. Il rapporto tra la potenza emessa e la superficie emittente prende il nome di irradiamento integrale: 2J = dW/dA [J] = [W/m²]

Analizzando l'aspetto qualitativo, s'introduce l'emissione specifica ε = dJ/dλ. Questa grandezza è in grado di analizzare l'emissione a livello spettrale: può, cioè, esprimere la quantità di energia emessa in un intervallo infinitesimo di lunghezze d'onda. In generale, ε sarà funzione della lunghezza d'onda, della temperatura e della natura del corpo.

Dalla definizione di ε ricavo: dJ = ε dλ da cui J = ∫₀^+∞ (ε dλ).

Abbiamo bisogno, quindi, di conoscere l'andamento dell'emissione specifica in funzione di λ. Tuttavia, per analizzare completamente l'emissione, dobbiamo fare anche un'analisi spaziale: è necessario individuare eventuali direzioni privilegiate di emissione. Introduciamo l'intensità dell'irraggiamento integrale: j = dJ/dΩ da cui J = ∫₀^2π (j dΩ).

dΩ rappresenta l'angolo solido elementare ed è rappresentabile da un cono. L'intensità dell'irraggiamento integrale quantifica la potenza emessa che effettivamente attraversa questo cono.

Interazione

Consideriamo un corpo soggetto a una certa potenza raggiante incidente Pi: in generale, parte di questa potenza verrà assorbita dal corpo Pa, parte sarà riflessa Pr e parte attraverserà il corpo senza interagire con esso Pt. La somma della potenza riflessa, di quella assorbita e di quella che traspare il corpo non può che essere pari a quella che incide sul corpo stesso: Pa + Pt + Pt = Pi.

Introduciamo, allora, dei coefficienti detti, rispettivamente, di assorbimento, di trasparenza e di riflessione: a = Pa/Pi, t = Pt/Pi, r = Pr/Pi. Questi coefficienti esprimono la quantità di energia effettivamente assorbita, che traspare o riflessa dal corpo.