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Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

La parete esterna di un edificio (lunghezza 20 m, altezza 12 m) si trova alla

temperatura di 10,0°C mentre l’aria esterna è a 2,00 °C. Il vento spira a 3,00

m/s nella direzione parallela all’edificio. Valutare

a) la conduttanza unitaria convettiva

b) la potenza termica dispersa dall’edificio

w L = 3,00 x 20,0= 60 m /s

2

w 0 , 80 0 , 80

w 19 3 19 2

α = − = − =

5

, 7 5

, 7 6 ,

59 W/m K

c 0 , 20 0 , 20

L 20

L 20

& = α − = ⋅ ⋅ ⋅ − =

Q A (

T T ) 12 20 6

,

59 (

10 2

) 12

,

6 kW

L c c s a

Esempio Convezione

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Il pavimento di una stanza (5,00x6,00 m) si trova alla temperatura

superficiale di 25,0°C mentre l’aria interna alla stanza è a 20,0°C. Valutare:

a) la conduttanza unitaria convettiva

b) la potenza termica dispersa dall’edificio

T 3 − =

L T T 832

a s a

&

Q c

T

s T >T

s a 0

,

33 0

,

33 2

α = ⋅ − = ⋅ =

1

,

6 T T 1

,

6 5 2

,

72 W/m K

c s a

& = α − = ⋅ ⋅ ⋅ − =

Q A (

T T ) 5 6 2

,

72 ( 25 20

) 408 W

c c s a

Esempio Convezione

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Conduzione

Calore Convezione

Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Irraggiamento

L’irraggiamento è il trasferimento di energia che avviene

attraverso le onde elettromagnetiche. Le cariche

elettriche microscopiche, di cui ogni corpo è costituito,

in virtù dell’agitazione termica emettono radiazione

elettromagnetiche.

Le onde elettromagnetiche si propagano nel vuoto senza

attenuarsi alla velocità di 300000 km/s. Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Raggi X microonde

3 5 7

10 10 10 10

-9 -7 -5 -3 -1 9

10 10 10 10 10 10 λ µm

2 4 6

1 10 10 10

-8 -6 -4 -2 8 10

10 10 10 10 10 10

visibile

γ onde radio

Raggi ultravioletto infrarosso

radiazione

termica Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

radiazione termica

solare

-2 -1 2 3

10 10 1 10 10 10 λ µm

ultravioletto infrarosso

visibile

0,40 0,44

0,44 0,49

0,49 0,54

0,54 0,60

0,60 0,63

0,63 0,76 Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

G = irraggiamento [W/m ] E = potere emissivo [W/m ]

2 2

E

G rG

aG

tG Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

radiazione riflessa da un corpo

Coefficiente di riflessione, r = radiazione incidente sul corpo

radiazione trasmessa da un corpo

Coefficiente di trasmissione, t = radiazione incidente sul corpo

radiazione assorbita da un corpo

Coefficiente di assorbimento, a = radiazione incidente sul corpo

r + t + a = 1 Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Superficie o corpo nero

• Emettitore perfetto

• Assorbitore perfetto (a =1) Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Potere emissivo spettrale di un corpo nero

Legge di Plank ⋅ µ 4

W m

=

C 3

,

742

C 1 2

m

= 1

E [ ]

( )

λ

n λ λ −

5 = ⋅ µ ⋅

exp C T 1 4

C 1

,

439 10 m K

2

2

T

E 1

nλ T >T > T

1 2 3

T 2 T 3 λ Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Valore massimo del potere emissivo spettrale di un

corpo nero Legge di Wien

λ ⋅ = = µ ⋅

C 2897 ,

8 m K

T C 3

max 3

T

E 1

nλ T >T > T

1 2 3

T 2 T 3 λ

Campo del visibile Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Potere emissivo totale di un corpo nero

Legge di Stefan-Boltzmann W

= σ 4

E T −

σ = ⋅ 8

5 , 67 10

n 2 4

m K

T

E

nλ λ Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Potere emissivo spettrale e totale di un corpo reale

corpo nero

E

λ corpo reale λ

radiazione emessa da un corpo reale, E

ε λ

Emittenza, =

λ radiazione emessa da un corpo nero alla stessa

temperatura, E λ

n

α = ε legge di Kirchhoff

λ λ Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Corpo grigio emittenza indipendente da λ

E corpo nero

λ ε =cost

λ

corpo grigio

corpo reale λ

E = E = T 4

ε ε σ α = ε

n Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

emittenza

materiale

oro lucidato 0,02

rame lucidato 0,03

acciaio lucidato 0,17

rame tubo 0,30

legno 0,85

carta 0,90

pittura bianca 0,90

mattone rosso 0,93

pelle umana 0,95

acqua 0,96

pittura bianca 0,98 Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

G rG

aG

tG

Solo per materiali

trasparenti Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

superfici selettive t λ

0,9

0,5

0,1 1 2 3 (µm)

λ

Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Fattori di vista A j

A i ed

radiazione che lascia la superficie A i

incide direttamente sulla superficie A j

F =

iÂj radiazione che lascia la superficie A i Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Proprietà dei fattori di vista

reciprocità

A F =A F

i iÂj j jÂj A l

additiva A =A + A A

j k l k

F = F + F

iÂj jÂk jÂl A i

A

cavità 2 A

1

n

∑ =

F 1 A A

i j j i

=

j 1 A

n Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Superfici piane parallele entrambi nere = =1=a =a

ε ε

1 2 1 2

4

& = = σ

Q A E A T

1 1 n

1 1 1

A A

1 2 4

& = = σ

Q F A E F A T

T T ⇒ − −

1 2 1 2 1 n

1 1 2 1 1

1 2 4

& = = σ

Q A E A T

2 2 n 2 2 2 4

& = = σ

Q F A E F A T

⇒ − −

2 1 2 1 2 n 2 2 1 2 2

4 4

& = σ − σ

Q F A T F A T

⇔ − −

1 2 1 2 1 1 2 1 2 2

Se A =A =A e la distanza è molto piccola

1 2

rispetto alle altre due dimensioni F =F =1

1-2 2-1

( )

4 4

& = σ −

Q A T T

1 2 1 2

Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Superfici piane parallele una nera ( =1)e una grigia

ε (ε )

1 2

4

& = = σ

Q A E A T

1 1 n

1 1 1

A A

1 2 4

& = σ

Q a F A T

T T ⇒ −

1 2 2 1 2 1 1

1 2 4

& = ε = ε σ

Q A E A T

2 2 2 n 2 2 2 2

ε 2 4

& = ε σ

Q F A T

⇒ −

2 1 2 1 2 2 2

4 4

& = σ − ε σ

Q a F A T F A T

⇔ − −

1 2 2 1 2 1 1 2 1 2 2 2

Se A =A =A, la distanza è molto piccola rispetto

1 2

alle altre due dimensioni F =F =1 e a =

ε

1-2 2-1 2 2

( )

4 4

& = σε −

Q A T T

1 2 2 1 2

Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Superfici piane parallele entrambi grigie

A A Se A =A =A, la distanza è molto piccola

1 2 1 2

rispetto alle altre due dimensioni F =F =1

T 1-2 2-1

T

1 ( )

2 4 4

σ −

T T

1 2

& =

Q A

1 2 1 1

− +

1

ε ε

1 2

ε ε ε ε ε

1 Se = =

2 1 2 ( )

4 4

σ −

T T

1 2

& =

Q A

1 2 2 − 1

ε Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Valutare il flusso termico netto trasmesso per irraggiamento tra due

superfici piane indefinite che si trovano rispettivamente alla temperatura di

ε pari a 0,50.

40,0°C e 30,0°C. Entrambe le superfici hanno un emittenza

A A ( )

1 2 4 4

σ −

T T

1 2

T & =

Q A

T 1 2

1 2

2 − 1

ε ( )

4 4

σ −

& T T

Q 1 2

1 2

= =

q

& ⇔

1 2 2

A − 1

ε ε ε

( )

− 8 4 4

⋅ −

5

, 67 10 313 303 W

= =

q 22

,

1

& ⇔

1 2 2 2

m

− 1

0

,

50

Esempio Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Se A << A

1 2

F =1; F =0

1-2 2-1

ε

A 1

1 La superficie 2 si comporta

A

2 come un corpo nero nei

confronti della superficie 1

( )

& = ε σ −

4 4

Q A T T

i 1 1 1 2

Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

Un corpo di superficie 2,00 m ed emittenza 0,30 si trova alla temperatura

2

di 37,0°C in un vasto ambiente con pareti alla temperatura di 20,0°C.

Valutare la potenza termica netta trasferita per irraggiamento.

F =1; F =0

1-2 2-1

La superficie 2 si comporta come un corpo

ε

A 1 nero nei confronti della superficie 1

1 ( )

A

2 4 4

& = ε σ −

Q A T T

1 2 1 1 1 2

( )( )

− 8 4 4

& = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − =

Q 2

, 00 0

,

30 5

, 67 10 310 293 63

, 4 W

1 2

Esempio Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica ( )

Schermi radiativi 4 4

σ −

T T

1 2

& =

Q A

1 2 1 2 1

+ + − 2

ε ε ε

1 s 2

A ε ε

Se = Q si dimezza

1 2 i

T T

1 ( )

2 4 4

σ −

T T

1 2

& =

ε Q A

ε ε

1 ⇔

1 2

s 2  

2 −

 

2 1

ε

 

( )

+

4 4

T T

schermo =

4 1 2

T

s 2 Irraggiamento

Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica

( ) ( )

& & & & & &

= + = = +

Q Q Q Q Q Q

conv irrag k conv irrag

i e

( T T ) s

=

&

T =

T R

Q 1 2 k

2

1 λ

k A

R k

&

Q ( )

( ) −

T T

irr ( ) ∞ i 1

& &

+ = α − =

Q Q A T T

conv irrag i i 1

i R i

T T

∞ i ∞ ( )

e ( ) −

T T

( ) ∞

2 e

& &

+ = α − =

& Q Q A T T

Q ∞

conv irrag e 2 e

e

k R e

&

Q α

conv =conduttanza termica unitaria superficiale interna W/m K

2

i

α =conduttanza termica unitaria superficiale esterna W/m K

2

e − −

( T T ) ( T T )

∞ ∞ ∞ ∞

i e i e

& = =

Q 1 s 1

R + +

totale α λ α

A A A

i e

Meccanismi combinati


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AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

Se tra due sistemi sussiste una differenza di temperatura, dell'energia come calore verrà trasferita dal sistema a temperatura maggiore verso quello a temperatura minore. Questo è un fenomeno fra i più generali del mondo fisico ed interessa i vari settori della tecnica; lo studio della trasmissione
del calore è finalizzata alla determinazione dell'energia trasferita al netto tra i sistemi ed anche, in qualche caso, alla valutazione del campo di temperatura presente nel sistema. Si distinguono tre meccanismi per il trasferimento di energia in modalità calore:
- conduzione;
- irraggiamento;
- convezione.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in disegno industriale
SSD:

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Illuminotecnica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Seconda Università di Napoli SUN - Unina2 o del prof Iannace Gino.

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