Irradiazion

Quest articol chì l'è scrivuu in lombard, grafia milanesa.

In termodinamica ed elettromagnetismo, con irradiazion se voeur designàa el trasferiment de energia intra du còrp per mèzz de ond elettromagnetich. In del caso de l’irradiazion de energia tèrmica, se parla pussée precisament de irradiazion tèrmica.^[1]

Origin fisica

L'origin de l'irradiazion elettromagnetica di còrp per effètt macroscòpich de la temperadura l’è de vèss ricercàa a livèll microscòpich ‘me conseguenza di moviment di girament e vibrazion di molecol e donca di corrent elèttrich caosàa di elemént che porten la carega elettrica (proton ed elettron), variàbel in del temp segond i leg fondamentaj de l’Elettrodinamica classica o ben i Equazion del Maxwell. La freguenza e l'intensità di foton emettùu, o ben de l'onda elettromagnetica, la crèss se la va su la temperadura, ‘me conseguenza del fatt ch’i molecol a se moeuven pussée , o ben di corrent elettrich a livèll di atomi e imolecol.

Irradiazion tèrmica

Rappresentazion del scambi tèrmich tra dò superfici per via de l’irradiazion.

Se stèmm denanz de ona sorgent tèrmica sberlusenta sentom anca el cald, minga domà la lus; quèst el succed in part per via de la convezion (de già che el calor el scalda l’aria che gh’è intorna) e in part per l’irradiazion.

L'irradiazion a l’è vuna infra i trè manér de propagà el calor. In particolar, al contrari de la conduzion e de la convezion, in del caso de l'irradiazion gh’è nò besògn de contatt infra i còrp che se scambien el calor e nanca de on mèzz de propagà el calor. Donca a l’è on fenomen che l’interèssa ògni material, ne fa nagòtt se l’è solid, liquid o gas/vapor, e ‘l succed anca in del voeud. Quést a l’è giustifica perchè el trasferiment de calor per irradiazion el succed in forma de ond elettromagnetich.

Esisten sia l’emission che assorbiment de la radiazion elettromagnetica. A l’è on fenòmen che ‘l succed a ògni temperadura, ma domà a temperadur assée alt el calor scambiàa per irradiazion a l’è pussée de quèll scambià per conduzion e convezion.

La quantità de calor emettuda d’on còrp per irradiazion a l’è de fàtt proporzional a $T^{4}$ , cioè a la quarta potenza de la soa temperadura^[2]: per quèst a bass temperadur l'irradazion l’è responsabil domà de ona frazion piscinina del fluss de calor rispètt a la convezion e a la conduzion, ma se la temperadura la diventa pussé alta, la soa importanza l’aumenta comè fin a diventàa l’artesàna principal de la trasmission del calor a i medi e alt temperadur.

Del pont de vista fisico, l’irradiazion l’è de fatt l'emission de ond elettromagnetich generàa di atomi e i molecol eccitàa de l'agitazion tèrmica, che se desécciten mandando foeura foton che la soa freguenza l’è proprozional a la soa temperadura: per esempi i còrp a la temperadura de l’ambient manden foeura soratutt foton ind la gamma di infraróss,^[1] che per sto motiv chì hinn anca ciamà ragg termich; còrp puttòst frècc manden foeura microond (quéj arent a la temperadura del zero assoluto sempliz ond radio), inveci i còrp pussèe cald riven a mandà foeura lus visìbel, al prencippi rossa (temperadura del’inscì ciamà calor ross, circa 700 °C) poeu semper pussée bianca (temperadura del calor bianch, circa 1200 °C): come che la temperadura la va su, la freguenza de la lus emisa l’aumenta fin al bianch-azurrin, e a la fin ai ragg ultraviolètt, e ai ragg X nel caso di plasmi di stèll a temperadur de milion de grad.

El calor scambiàa per irradiazion el se trasmètt soratutt del còrp pussée cald a quèll pussée frècc; in realtàa, l'energia la se moeuv in tucc e dò i direzion, ma con intensitàa inferiora da quèll frècc a quèll cald. De fatt se on còrp el mandass domà foeura senza surbì mai l’energia elettromagnetica, la soa temperadura la raggiongiaria el zero assolùu. On còrp a la temperadura del zero assolùu, el podaria minga, ancasì, trasmètt calor per via de irradiazion.^[1]

L'emission e l'assorbiment dipenden de la frequenza de la radiazion, da la natura del còrp e da i caratteristich de la soa superfice; un còrp che ‘l gh’ha ona superfice scura ^[3] el bon se surbi tucc e mandà doeura el massim del calor per irradiazion.

Grandèzz associàd con l’energia de la radiazion

L'energia de la radazion che la va contra de ona superfice l’è misurata per mèzz de ‘na grandezza conossuda ‘me irradiazion; l’è fada su de trè part: la part che la ven riflettuda, la part che la ven surbida e ‘na terza part la riess, a intraversàa la superfice o ben l’è trasmìssa. Donca se stabilissen trii coefficent:

Coefficient de riflession o riflettanza: $r$ = energia riflettuda/energia incident (in del caso de la radiazion solar a se dopera el tèrmen albedo) ^[4]
Coefficient de assorbiment o assorbanza: $a$ = energia assorbida/energia incident
Coefficient de trasparenza o trasmittanza: $t$ = energia in sortida/energia incident

Da quèll che ‘l s’è ditt el ven foeura che la sòmma di coefficient a l’è pari a vun, o ben: $a+r+t=1$ (conservazion de l'energia).

Con chèst bilanc de energia chì pòdom stabilìi che per on còrp negher i coefficient de riflession e de trasparenza hinn nagòtt, r = t = 0 e donca a = 1. Per di còrp gris ògni coeffficient l’è compres infra 0 e 1. Per i corpi opàcch t = 0 e donca a + r = 1.

Per analizzàa in manera complètta ona sorgent de energia mandada foeura per irradiazion gh’hèmm de decid trè grandèzz: la prima che la caratterizza la irradiazion in del sò insèma ciamada emittanza complessiva, la segonda che la tegna cunt de la lunghèzza d'onda $\lambda$ dètta emittanza mònocromatica e la terza che la descriva la destribuzion spazial de la radiazion, ciamada emittanza angolar spettral.

$J={\frac {dP}{dS}}$ potenza mandada foeura con la radiazion per unitàa de superfice
$\varepsilon ={\frac {dP}{dS}}{\frac {1}{d\lambda }}$ considerando la lunghèzza d'onda
$j={\frac {dP}{dS}}{\frac {1}{d\lambda d\Omega }}$ considerando l'angol sòlid $\Omega$ che la se forma tra la sorgent e la superfice che la ricev la radiazion.

Sti coefficient chì dipenden donca de la Temperadura $T$ , de la lunghèzza d'onda e di àngol de incidènza de la radiazion, in particolar el coefficient di assorbiment spettràl angolàr el sarà scrivùu per via de chèla relazion chì $a=f(T,\lambda ,\theta ,\varphi )$ , el coefficient de assorbiment spettral chichinscì $a=f(T,\lambda )$ , e ‘l coefficient de assorbimento chichinscì $a=f(T)$ .

Princippi del Kirchhoff

‘Na vòlta ch’hèmm dìtt che la trasmission per irradiazion a l’è ‘l risultàa de on bilanc tra l’energia mandada fooeura e quèlla surbida, pòdom dì che el rappòrt tra l’emittanza monocromatica e ‘l coefficient de assorbiment de on còrp a l’è indipendent del còrp istèss e funzion domà de la lunghèzza d'onda e de la temperadura:

$\varepsilon ={\frac {f(T,\lambda )}{a}}$

miss $a=1$ per el còrp negher el var:

$\varepsilon _{o}=f(T,\lambda )$

Còrp negher

Per savenn pussee, varda l'articol Còrp negher.

De nòrma el còrp a temperadura pussée alta el gh’en dà pussée de energia per radiazion a quèll a temperadura minora rispètto all’energia che ‘l surbìss, fint tan che gh’è nò la situazion de equilibri, indoe tucc e du i còrp gh’hann l’istèssa temperadura. In quèl caso chì l’energia mandada foeura per irradiazion e quèlla surbida hinn eguàl.

On còrp negher el surbiss tutta la radiazion che la ghe ven adòss e donca el sò coefficient de assorbiment a l’è a = 1. De già che on còrp negher l’è nò dipendent de la lunghèzza de la radiazion e de l’angol de incidènza de l’energia che la ghe riva addòss per radazion, la soa emittanza monocromatica l’è stabilida per mèzz de la leg del Planck:

\varepsilon _{0}(\lambda ,T)={\frac {C_{1}}{\lambda ^{5}[e^{\frac {C_{2}}{\lambda T}}-1]}}

indoe C₁ e C₂ hinn dò costant tràd foeura per via sperimental.

$C_{1}=3,7418\cdot \!10^{-16}\,\,W\!\cdot \!m^{2}$
$C_{2}=1,4388\!\cdot \!10^{-2}\,\,m\!\cdot \!K$

Leg del Stefan-Boltzmann

Per savenn pussee, varda l'articol Leg del Stefan-Boltzmann.

Dai proprietàa di còrp negher giamò descrìtt, pòdom definì l’emittanza complessiva de on còrp negher ‘me:^[1]

J_{0}=\sigma T^{4}

,

indoe σ l’è la costant del Stefan-Boltzmann.

Adèss ch’hèmm definìi i grandezz fondamentaj de on còrp negher, pòdom descrìv l’irradiazion di còrp minga negher per mèzz de l'emissività complessiva, o ben el rappòrt tra l'emittanza del còrp e quèlla del còrp negher, e de l’emissività spettral ‘me rappòrt tra l'emittanza monocromatica del còrp e quèla del còrp negher.

Emissività complessiva: $\eta ={\frac {J}{J_{o}}}$
Emissività spettràl: $\eta \lambda ={\frac {\varepsilon }{\varepsilon _{o}}}$

Costant

$h$	Costant del Planck	6,626 0693(11)×10⁻³⁴ J•s = 4,135 667 43(35)×10⁻¹⁵ eV•s
$b$	Costant del Wien	2,897 7685(51)×10⁻³ m•K
$k_{B}$	Costant del Boltzmann	1,380 6505(24)×10⁻²³ J•K⁻¹ = 8,617 343(15)×10⁻⁵ eV•K⁻¹
$\sigma$	Costant del Stefan-Boltzmann	5,670 400(40)×10⁻⁸ W•m⁻²•K⁻⁴
$c_{0}$	Velocità de la lus in del veoud	299 792 458 m•s⁻¹
$T$	Temperadura	Temperadura media de la Tèrra = 288 K
$A$	Superfice	A_cubòide = 2ab + 2bc + 2ac A_borlon = 2π r(h + r) A_sfera = 4π r²

Riferiment

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 (EN) DOE Fundamentals Handbook - "Thermodynamics, Heat transfer, and fluid flow" (Volume 2 of 3), p. 26. Arqiviad qé: [1] ol 15 agosto 2016
↑ La leg che la liga insèma la quantità de calor emettuda de on còrp con la soa temperadura a l’è la leg del Stefan-Boltzmann.
↑ gh’hèmm de confond minga el concètt de còrpo negher con on còrp con superfice scura.
↑ Mario Giuliacci (2010). Manuale di meteorologia (in italian). Alpha Test, 127. ISBN 88-483-1168-7.

Bibliografia

Robert Byron; Warren E. Stewart; Edwin N. Lightfoot, Transport Phenomena, 2^a ed. (in inglese), New York, Wiley, 2005.
Frank P. Incropera; David P. DeWitt; Theodore L. Bergman; Adrienne S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 6^a ed. (in inglese), Wiley, 2006.
Warren McCabe; Julian Smith, Peter Harriott, Unit Operations In Chemical Engineering , 6^a ed. (in inglese), Tata Mcgraw Hill Publishers, 2005.
I. Barducci Masson, Trasmissione del calore , Milano, 1999.

Vos correlaa

[DOE26-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 (EN) DOE Fundamentals Handbook - "Thermodynamics, Heat transfer, and fluid flow" (Volume 2 of 3), p. 26. Arqiviad qé: [1] ol 15 agosto 2016

[2] La leg che la liga insèma la quantità de calor emettuda de on còrp con la soa temperadura a l’è la leg del Stefan-Boltzmann.

[3] ’hèmm de confond minga el concètt de còrpo negher con on còrp con superfice scura.

[giuliacci125-4] Mario Giuliacci (2010). Manuale di meteorologia (in italian). Alpha Test, 127. ISBN 88-483-1168-7.

[1]

[2]

[3]

[4]