Emisivitatea suprafeței unui material este eficiența sa în emiterea de energie ca radiație termică. Radiația termică este o radiație electromagnetică și poate include atât radiații vizibile (lumină) cât și radiații infraroșii, care nu sunt vizibile ochilor umani. Radiația termică a obiectelor foarte fierbinți este ușor vizibilă pentru ochi. Cantitativ, emisivitatea este raportul dintre radiația termică de la o suprafață și radiația de la o suprafață neagră ideală la aceeași temperatură ca cea dată de legea lui Stefan-Boltzmann. Raportul variază de la 0 la 1. Suprafața unui obiect negru emite radiații termice la o viteză de aproximativ 448 wați pe metru pătrat la temperatura camerei (25 °C, 298,15 K); obiectele reale cu emisivități mai mici de 1,0 emit radiații la rate corespunzător mai mici.
(Sistemul solar de încălzire a apei pe bază de colectori de tuburi de sticlă. Lumina soarelui este absorbită în interiorul fiecărui tub printr-o suprafață selectivă, suprafața absorbind lumina soarelui aproape complet, dar are o emisivitate termică redusă, astfel încât pierde foarte puțină caldură. De obicei suprafețele negre absorb de asemenea foarte eficient lumina soarelui, dar și emit multe radiații termice.)
Emisivitățile sunt importante în mai multe contexte:
- ferestre izolate. – Suprafețele calde sunt de obicei răcite direct de aer, dar ele se răcesc și prin emiterea de radiații termice. Acest al doilea mecanism de răcire este important pentru ferestrele simple de sticlă, care au emisivități apropiate de valoarea maximă posibilă de 1,0. „Ferestrele cu emisie mică”, cu straturi transparente cu emisie redusă, emit radiații termice mai puțin decât ferestrele obișnuite. În timpul iernii, aceste acoperiri pot reduce la jumătate rata la care o fereastră pierde căldura în comparație cu o fereastră de sticlă neacoperită.
- colectoare solare de căldură. – În mod similar, colectoarele de căldură solară pierd căldură prin emisia de radiații termice. Colectoarele solare avansate încorporează suprafețe selective care au emisii foarte scăzute. Aceste colectoare pierd foarte puțin din energia solară prin emisia de radiații termice.
- temperaturile planetare. – Planetele sunt colectoare solare termice pe scară largă. Temperatura suprafeței planetei este determinată de echilibrul dintre căldura absorbită de planetă de la lumina soarelui, căldura emisă de miezul său și radiația termică emisă înapoi în spațiu. Emisivitatea unei planete este determinată de natura suprafeței și a atmosferei.
- măsurători de temperatură. – Pirometrele și camerele cu infraroșii sunt instrumente utilizate pentru măsurarea temperaturii unui obiect prin utilizarea radiației sale termice; nu este necesar un contact real cu obiectul. Etalonarea acestor instrumente implică emisivitatea suprafeței măsurate.
Emisivități ale suprafețelor obișnuite
(Fotografiile unui cub de aluminiu Leslie: Fotografiile colorate sunt realizate cu ajutorul unei camere cu infrarosu, fotografiile alb-negru de dedesubt sunt luate cu o cameră obișnuită, toate fețele cubului se află la aceeași temperatură de aproximativ 55 °C. Fața cubului care a fost vopsit în negru are o emisivitate mare, care este indicată de culoarea roșiatică în fotografia cu infraroșu. Fața lustruită a cubului are o emisivitate scăzută indicată de culoarea albastră și imaginea reflectată a mâinii calde este clară.)
Emisivitățile ε pot fi măsurate folosind dispozitive simple cum ar fi cubul Leslie împreună cu un detector de radiație termică, cum ar fi o termopilă sau un bolometru. Aparatul compară radiația termică dintr-o suprafață care urmează să fie testată cu radiația termică dintr-o probă aproape neagră ideală. Detectoarele sunt în esență absorbanți negri, cu termometre foarte sensibile care înregistrează creșterea temperaturii detectorului atunci când sunt expuse radiației termice. Pentru măsurarea emisivității la temperatura camerei, detectorii trebuie să absoarbă radiația termică complet la lungimi de undă în infraroșu, în apropierea a 10×10-6 metri. Lumina vizibilă are o lungime de undă cuprinsă între 0,4 și 0,7×10-6 metri, de la violet la roșu.
Emitanța
Emitanța (sau puterea emisivă) reprezintă cantitatea totală de energie termică emisă pe unitate de suprafață pe unitate de timp pentru toate lungimile de undă posibile. Emisivitatea unui corp la o anumită temperatură este raportul dintre puterea totală emisivă a unui corp și puterea totală emisivă a unui corp perfect negru la acea temperatură.
Termenul emisivitate este folosit în general pentru a descrie o suprafață simplă, omogenă, cum ar fi argintul. Termeni similari, emitanța și emitanța termică, sunt utilizați pentru a descrie măsurătorile de radiație termică pe suprafețe complexe, cum ar fi produsele de izolație.
Lasă un răspuns