Irraggiamento

Trasmissione del calore per irraggiamento, come funziona?

L'irraggiamento è lo scambio termico che ha lugo tramite onde elettromagnetiche. Infatti per l'irraggiamento non è necessario un mezzo di separazione e lo scambio termico avviene alla velocità della luce, che è quella delle onde elettromagnetiche.

radiazione dal sole

Basti pensare al calore che giunge sulla Terra dal Sole, non può diffondersi nè per conduzione nè per convezione, essendoci il vuoto tra i due corpi celesti, ed infatti si trasmette per irraggiamento.
La banda di frequenza della radiazione che corrisponde all'irraggiamento viene chiamata radiazione termica, ed è compresa tra 0,1 $mum$ e 100 $mum$ e comprende tutto l'infrarosso e il visibile e parte dell'ultravioletto. Diciamo che per la radiazione termica è visibile per corpi a temperatura superiore agli 800 K, infatti le normali lampadine sono scaldate a temperature superiori ai 2000K, mentre per temperature inferiori agli 800 K la radiazione passo nella banda dell'infrarosso e l'occhio umano non è in grado di percepirla.

irraggiamento


Ora possiamo definire dei modelli fisici per descrivere questo meccanismo di scambio termico.
Si definisce un corpo nero un perfetto emettitore e ricevitore di radiazione, indipendentemente sia dalla direzione della radiazione incidente sia dalla sua lunghezza d'onda. La potenza radiante emessa da tale corpo fu determinata sperimentalmente da Joseph Stefan e verificata teoricamente da Ludwing Boltzmann:

$E_n=sigma*T^4$

nota come potere emessivo del corpo nero, dove $sigma$ è la costante di Stefan-Boltzmann e vale $sigma=5.67*10^(-8)(W/(m^2*K^4))$.
Questa legge ci fornisce il potere emissivo totale del corpo nero, cioè calcolato per tutte le lunghezze d'onda, al contrario della legge di distribuzione di Plank :

$E_(n,lambda)=C_1/(lambda^5(e^(C_2/(lambda*T)-1))$

che fornisce il potere emissivo monocromatico di un corpo nero, cioè ponderato ad una certa lunghezza d'onda. Nella relazione $C_1=3.742 (W*(mum)^4/m^2)$ e $C_2=1.439*10^4 (mum*K).
Ovviamente se integriamo la legge di Plank per le infinite lunghezze d'onda ritroviamo la legge di Stefan-Boltzmann.
Nel 1894 Willy Wien, utilizzando la termodinamica classica, derivò questa relazione:

$(lambda*T)_max=2897,8 (mum*K)$

che fornisce la lunghezza d'onda alla quale si ha il massimo di temperatura, e rappresenta il luogo geometrico dei picchi delle curve della radiazione emessa.
La legge di Wien fornisce un risultato molto importante, più è alta la temperatura massima, più la lunghezza d'onda diventa piccola. Ecco perchè la radiazione solare, circa 6000K e 0,5 $mum$, la vediamo perfettamente, mentre le radiazioni da 800K in giù sono a lunghezze d'onda via via crescenti da circa 1 $mum$; ricordiamo che la sensibilità dell'occhio umano ha una banda che va da 0.4 $mum$ a 0.76 $mum$.

radiazione infrarossa

Ad esempio i serpenti a sonagli riescono a vedere nel campo infrarosso ed quindi a vedere il calore corporeo delle loro prende anche di notte.

Valerio Rossi

Valerio RossiSono Valerio Rossi e sono l'Amministratore di MeccanicaWeb.it

Sono laureato triennale con voto 110 e lode in ingegneria meccanica presso l'Università di Roma Tor Vergata e sono attualmente studente in ingegneria meccanica magistrale. La mia tesi di laurea triennale è visibile su MeccanicaWeb.it Monitoraggio del comfort vibrazionale secondo la ISO 2631: progetto e realizzazione di un dispositivo low cost con impostazione e validazione di un modello predittivo.

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