Modulo di Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Titolare del corso Prof. Giorgio Buonanno Anno Accademico Università degli studi di Cassino Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Civile Assistenti al corso Ing. Gaspare Giovinco

Elementi di Trasmissione del Calore IrraggiamentoIrraggiamento  Trasferimento di energia per onde elettromagnetiche  Funzione della temperatura (Tutte le superfici ad una temperatura superiore a 0 K emettono onde elettromagnetiche in funzione della temperatura)  Non richiede la presenza di un mezzo interposto (avviene anche nel vuoto)  Trasmissione alla velocità della luce Onda semplice: sinusoide con frequenza f Lunghezza d'onda: = c / f c = velocità della luce: le onde elettromagnetiche trasportano energia alla velocità di km/s nel vuoto insieme delle lunghezze d’onda = spettro elettromagnetico

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Onde radio 10 km <  < 1 m Radiazione solare: metà visibile e metà UV+IR 0.1 <  < 3  m Radiazione termica infrarosso (IR) 0.1 <  < 100  m IR: T < 800K 0.76 <  < 100  m T > 800K 0.4<  <0.76  m (visibile) lampadina a incandescenza: filamento di tungsteno a 2000K UV: bassa  (0.01 <  < 0.4  m)

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Spettro visibile 0.4 <  < 0.76  m Violetto: 0.4 – 0.44  m Blu:  m Verde:  m Giallo:  m Arancio:  m Rosso:  m

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Spettro di emissione del Sole Il Sole si comporta come un corpo nero per T  5800 K e il massimo di emissione si ha nel VISIBILE (  0.5  m). La radiazione UV (circa il 7%) è quella più energetica. La radiazione VISIBILE (circa il 45%) ci consente di vedere ed è fondamentale per la fotosintesi clorofilliana. La radiazione IR (circa il 48% del totale) è fondamentale per il bilancio energetico dei corpi. Spettro di emissione della Terra La Terra può essere considerato un corpo nero con T  288 K. Lo spettro di emissione è prevalentemente compreso fra 4 e 25  m (IR termico) e il massimo si ha per  10  m. La radiazione IR è invisibile e trasporta grandi quantità di energia che si traducono in perdita di calore dalla superficie terrestre.

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Caratteristiche dei corpi radiazioni monocromatiche (lunghezza d'onda  flusso di energia raggiante per unità di area G G i  incidente ; G r  riflesso; G a  assorbito; G t  trasmesso G i  = G r  + G a  + G t   = G a  / G i  = fattore di assorbimento   = G r  / G i  = fattore di riflessione   = G t / G  = fattore di trasmissione 1 =   +   +  Valori medi sull’intervallo 1 ÷ 2 1 =  +  +  corpi opachi  = 0

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Scambio termico in cavità

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Bilancio di energia emessa e assorbita da un corpo in una cavità Continua emissione di radiazioni elettromagnetiche incidente sul corpo assorbito equilibrio termico: scambio di energia netto nullo tra corpo e pareti Flusso termico assorbito Flusso termico emesso

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Bilancio di energia emessa e assorbita da un corpo in una cavità Principio di Kirchoff: Corpo nero

Elementi di Trasmissione del Calore IrraggiamentoEmissività L’emissività diventa rilevante per  > 3  m (TIR). Acqua, ghiaccio e neve: elevate capacità emissive. Il suolo ha valori di emissività maggiormente variabili, in relazione alla composizione, al contenuto d’acqua e al materiale organico. La vegetazione ricca d’acqua ha elevati valori di emissività. I metalli hanno valori di emissività anche molto bassi.

Elementi di Trasmissione del Calore IrraggiamentoIrraggiamento  = f (, T, direzione di emissione delle radiazioni) 0 <  < 1 Potere emissivo monocromatico E  = f(,T) Potenza emessa per irraggiamento per unità di area emessa da un corpo ad una determinata temperatura e lunghezza d'onda. Potere emissivo totale E = f(T) Potenza emessa per irraggiamento per unità di superficie emessa da un corpo a temperatura T (totale => in tutto il campo di lunghezze d'onda)

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Irraggiamento – Corpo nero

Elementi di Trasmissione del Calore IrraggiamentoIrraggiamento Legge di Planck Legge di Wien

Elementi di Trasmissione del Calore IrraggiamentoIrraggiamento Legge di Stefan-Boltzmann

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Irraggiamento – Emissione delle superfici

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Irraggiamento – Emissione delle superfici

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Irraggiamento – Effetto serra lastra di vetro:   dipende da: composizione del vetro, spessore, angolo di incidenza della radiazione. comportamento "selettivo":   0.9 (trasparente) per radiazioni con lunghezza d'onda tra 0.4 – 2.5 µm   0.03 (opaca) per le radiazioni a lunghezza d'onda > 2.5 µm

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Irraggiamento – Effetto serra

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Irraggiamento – Effetto serra

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Irraggiamento – Fattori di configurazione scambio netto di calore: Radiazione assorbita Radiazione emessa dipende da:  posizione reciproca delle due superfici  proprietà di assorbimento o riflessione della radiazione elettromagnetica.

Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Irraggiamento – Fattori di configurazione Proprietà di reciprocità Proprietà additiva Proprietà della cavità