Modulo di Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Titolare del corso Prof. Giorgio Buonanno Anno Accademico 2005-2006 Università degli studi.

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1 Modulo di Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Titolare del corso Prof. Giorgio Buonanno Anno Accademico 2005-2006 Università degli studi di Cassino Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Civile Assistenti al corso Ing. Gaspare Giovinco

2 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 300.000 km/s nel vuoto insieme delle lunghezze d’onda = spettro elettromagnetico

3 Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento

4 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)

5 Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Spettro visibile 0.4 <  < 0.76  m Violetto: 0.4 – 0.44  m Blu: + 0.05  m Verde: + 0.05  m Giallo: + 0.06  m Arancio: + 0.03  m Rosso: + 0.13  m

6 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.

7 Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento

8 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

9 Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Scambio termico in cavità

10 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

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

12 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.

13 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)

14 Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Irraggiamento – Corpo nero

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

16 Elementi di Trasmissione del Calore IrraggiamentoIrraggiamento Legge di Stefan-Boltzmann

17 Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Irraggiamento – Emissione delle superfici

18 Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Irraggiamento – Emissione delle superfici

19 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

20 Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Irraggiamento – Effetto serra

21 Elementi di Trasmissione del Calore Irraggiamento Irraggiamento – Effetto serra

22 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.

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