IRRAGGIAMENTO Emissione di energia termica e sua propagazione sotto forma di onde elettromagnetiche

La proprietà e gli effetti di tali radiazioni differiscono al variare della lunghezza d’onda  

Classificazione delle onde elettromagnetiche Lunghezza d’onda [m] Frequenza [kHz] Impiego 1011 - 1013 3·101 - 3·103 Industria e telefonia 1010 - 1011 3·103 - 3·104 Radionavigazione 109 - 1010 3·104 - 3·105 Radiodiffusione (o.l.) 108 - 109 3·105 - 3·106 Radiodiffusione (o.m.) 107 - 108 3·106 - 3·107 Radiodiffusione (o.c.) 106 - 107 3·107 - 3·108 Televisione

Classificazione delle onde elettromagnetiche Lunghezza d’onda [m] Frequenza [kHz] Impiego 103 - 106 3·108 - 3·1011 Sistemi radar 100 – 103 3·1011 - 3·1014 Scambio termico radiativo 10-1 - 100 3·1014 - 3·1015 Radiazione visibile 10-2 – 10-1 3·1015 - 3·1016 Radiazione ultravioletta 10-5 – 10-2 3·1016 - 3·1019 Rontgenscopia 10-8 – 10-5 3·1019 - 3·1022 Gammascopia, Radioisotopi

Classificazione delle onde elettromagnetiche Radiazione ultravioletta  Radiazione visibile  Radiazione infrarossa 

Potere emissivo totale E Grandezze Radiative Potere emissivo totale E  Energia termica emessa dalla superficie considerata nell’unità di tempo e per unità di area Irradiazione totale I  Energia che incide sulla superficie considerata nell’unità di tempo e per unità di area

Grandezze Radiative monocromatiche o spettrali Radiosità totale R  Energia che lascia, per emissione e riflessione, la superficie considerata nell’unità di tempo e per unità di area Grandezze Radiative monocromatiche o spettrali  E I R

Grandezze Radiative   

Assorbimento, Riflessione e Trasmissione aliquota dell’irradiazione trasmessa aliquota dell’irradiazione riflessa aliquota dell’irradiazione assorbita

Assorbimento, Riflessione e Trasmissione   

Assorbimento, Riflessione e Trasmissione   I coefficienti a, r e t sono grandezze totali e possono assumere valori compresi tra 0 e 1

Superficie con a=1 Assorbe completamente la radiazione incidente su di essa  a=1 r=0 t=0 Superficie termicamente nera

Superficie termicamente nera Superficie con a=1 Superficie termicamente nera

Riflette completamente la radiazione incidente su di essa Superficie con r=1 Riflette completamente la radiazione incidente su di essa  a=0 r=1 t=0

Trasmette completamente la radiazione incidente su di essa Superficie con t=1 Trasmette completamente la radiazione incidente su di essa  a=0 r=0 t=1

Assorbimento, Riflessione e Trasmissione Coefficienti monocromatici o spettrali  a r t Alcuni materiali presentano caratteristiche di emissione, assorbimento e trasmissione variabili con 

 0.70m <  < 2.0m  t > 0.90  > 2.7m o  < 0.20m  il vetro risulta praticamente opaco alla radiazione

Superfici ideali Superficie termicamente nera  Assorbitore ideale  Mostra particolari caratteristiche anche in emissione

IPOTESI Regime stazionario Supefici limite con identiche caratteristiche radiative Stessa irradiazione I Materiale omogeneo e isotropo Superfici isoterme

 I = E+rI = R

IPOTESI Regime stazionario Supefici limite con identiche caratteristiche radiative Stessa irradiazione I Materiale omogeneo e isotropo Superfici isoterme

L’assorbitore ideale è anche un emettitore ideale  I = En = Rn  L’assorbitore ideale è anche un emettitore ideale

Legge di Stefan-Boltzmann Per il corpo nero l’emissione di energia termica per irraggiamento è regolata da tre leggi fondamentali  Legge di Stefan-Boltzmann 5.67 x 10-8 W/(m2K4)

Legge di Planck Legge di Wien 3.741 x 108 Wm4/m2 1.439 x 104 mK Legge di Wien 2898 mK

Andamento di Enl in funzione di l

Emissività monocromatica Superfici reali Emissività totale Emissività monocromatica    

Superfici reali Legge di Kirchoff  

Superfici grigie  

Superfici grigie 

Superfici grigie 

Superfici grigie

Fattore di configurazione geometrica

Fattore di configurazione geometrica 

Fattore di configurazione geometrica   F1,2=F2,1=1 F1,2=1 e F2,1<1

Proprietà dei fattori di configurazione geometrica Proprietà della reciprocità  A1 F1,2= A2 F2,1  Se A2<<A1  F1,2=(A2/A1)F2,10

Proprietà dei fattori di configurazione geometrica Proprietà della cavità  A1 R1=A1 F1,1R1+A1 F1,2 R1+ +A1 F1,3 R1+ A1 F1,4 R1  F1,1 + F1,2 + F1,3 + F1,4= 1

Proprietà dei fattori di configurazione geometrica Proprietà additiva  F1,2= F1,(a+b)= F1,a + F1,b

Scambio termico radiativo IPOTESI Piastre piane parallele indefinite Regime stazionario T1 > T2 F1,2=F2,1=1

Scambio termico radiativo  Bilancio di energia relativo a VC1  

Scambio termico radiativo  Bilancio di energia relativo a VC2 

Scambio termico radiativo  

Scambio termico radiativo Superfici nere r1=r2=0 t1=t2=0 

Scambio termico radiativo Superfici grigie a1 = 1 a2 = 2 r1 = 1-a1 r2 = 1-a2 (corpo opaco)

Scambio termico radiativo Superfici grigie a1 = 1 a2 = 2 r1 = 1-a1 r2 = 1-a2 (corpo opaco)  

Scambio termico radiativo Superfici grigie  

Scambio termico radiativo Superfici grigie  

Scambio termico radiativo Superfici grigie  

Scambio termico radiativo Superfici grigie  

Scambio termico radiativo Superfici grigie   

Scambio termico radiativo Superfici grigie  

Scambio termico radiativo Superfici grigie se 1= 2=  

EFFETTO SERRA 0.2m <  < 3m  t  1  > 3m oppure  < 0.2m  t  0.1

EFFETTO SERRA  Ts= 5500K  max= 0.53m  Energia solare incidente sulla superficie nera

EFFETTO SERRA  T = 373K  max = 7.8m  Circa il 10% di En viene trasmesso

OSSERVAZIONI La piastra captante non ha un comportamento da corpo nero (r0) Esiste una piccola aliquota di radiazione solare incidente riflessa dalla piastra captante L’aliquota riflessa conserva la stessa lunghezza d’onda della radiazione incidente Nell’intercapedine tra vetro e piastra non vi è il vuoto ma semplicemente aria Bisogna tener conto dei fenomeni di trasporto convettivo