Propriedades Radiativas Espectrais

Radiação ou radiação térmica é a denominação dada à energia térmica transportada através de ondas eletromagnéticas, na faixa espectral compreendida entre 0,1 e 100 µm, aproximadamente. Esta faixa inclui a radiação ultravioleta (0,1 – 0,4 µm), visível (0,4 – 0,7µm) e infravermelha (0,7 a 100 µm).
O corpo negro (mais facilmente entendido como uma cavidade), é modelo idealizado no qual toda a radiação incidente é absorvida, independente do comprimento de onda e da direção de incidência. O corpo negro emite a maior taxa de energia para um dado comprimento de onda e uma dada temperatura e é o padrão de comparação para todas as superfícies reais. Assim a taxa emitida em cada comprimento de onda, chamada de emitância ou poder emissivo espectral do corpo negro é dada pela Lei de Planck (Incropera e De Witt, 1996):

sendo o comprimento de onda, T a temperatura absoluta do corpo ou superfície, e . A taxa de radiação emitida pelo corpo negro (emitância ou poder emissivo total – ) é dada pela equação seguinte:

sendo , a constante de Stefan-Boltzmann.


Propriedades radiativas espectrais

Métodos de medição: radiométricos e calorimétricos

Métodos de identificação dos índices de refração e de absorção

 

 

 

A figura a seguir apresenta os valores de previsto pela Lei de Planck, para diferentes temperaturas. Cada curva é adimensionalizada pelo seu valor máximo, portanto variando entre 0 e 1. Observa-se que para a temperatura de 5.800 K, que é a temperatura aparente do sol, aproximada, o máximo da emissão se situa na faixa visível do espectro, mais especificamente na cor amarela. Para uma temperatura em torno de 2800 K, representando a temperatura do filamento de uma lâmpada incandescente, o pico de emissão já se desloca para 1 µm, mostrando que o mesmo emite muito na faixa infravermelha do espectro e bem pouco no visível. Para uma superfície na temperatura ambiente, a emissão está localizada na faixa infravermelha, com o máximo em 10 µm. Estes máximos são previstos pela Lei de Deslocamento de Wien:

sendo o comprimento de onda onde ocorre a máxima emissão e T a temperatura absoluta.



Emitância espectral relativa do corpo negro em diversas temperaturas.


Conforme mostra a figura, a radiação solar e a radiação emitida por uma superfície à temperatura ambiente são praticamente distintas, havendo apenas uma pequena superposição por volta de 5 µm. Esta diferença no comportamento espectral quanto à temperatura da superfície é útil na simulação das trocas térmicas em edificações, no aproveitamento de energia solar e no controle térmico de satélites. Por outro lado, a simulação térmica torna-se mais complicada quando, por exemplo, em um ambiente industrial, existem fornos e equipamentos trabalhando em diversas temperaturas, como no caso da temperatura de 2.800 K, havendo energia em diversos comprimentos de onda, do visível até o infravermelho mais afastado.

Sendo o corpo negro o padrão tanto para a radiação emitida, quanto para a radiação incidente, associa-se às superfícies reais propriedades que a referenciam em relação à superfície negra. Portanto estas propriedades, chamadas propriedades radiativas podem ser divididas em propriedades relativas à radiação emitida, no caso a emissividade, e as relativas à radiação incidente: a absortividade, a refletividade e a transmissividade. Estas propriedades radiativas recebem os qualificativos: espectral ou total e direcional ou hemisférica, dependendo da distribuição espectral e da direcionalidade, respectivamente.

 
 
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