III Lezione corso Meteo: L’ irraggiamento

L’irraggiamento termico è uno dei meccanismi di trasmissione dell’energia come calore. La sua peculiarità è di non necessitare di un supporto materiale, potendo avvenire anche attraverso il vuoto. L’irraggiamento, per esempio, è il meccanismo mediante il quale l’energia emessa dal Sole raggiunge e riscalda la Terra.
La trasmissione del calore per irraggiamento tra due corpi può avvenire anche in presenza di un mezzo di separazione più freddo di entrambi i corpi: per esempio, l’energia termica emessa da una fiamma raggiunge una persona attraversando aria più fredda, oppure la radiazione solare raggiunge la superficie della Terra dopo aver attraversato, alle elevate altitudini, strati d’aria molto freddi.

L’irraggiamento termico rientra nel più vasto fenomeno fisico della radiazione elettromagnetica. Tutti i corpi materiali, i solidi così come i liquidi ed i gas, emettono energia sotto forma di radiazione elettromagnetica e sono in grado di assorbire tale energia radiante: è così possibile realizzare tra due corpi un trasferimento di energia.
Le onde elettromagnetiche emesse dai corpi viaggiano alla stessa velocità c di propagazione della luce nel mezzo che attraversano e sono caratterizzate dalla frequenza f, la cui unità di misura è Hz e rappresenta il numero di cicli nell’unità di tempo, dalla lunghezza d’onda  lambda generalmente misurata in microm che rappresenta la distanza percorsa in un periodo.
Queste grandezze sono legate tra di loro dalla seguente relazione:

c=f

La velocità di propagazione della luce nel vuoto vale circa 300.000 km/s.
Esistono diversi tipi di onde elettromagnetiche, ciascuno prodotto da una differente causa: i raggi gamma sono prodotti da reazioni nucleari, i raggi X sono prodotti dal bombardamento di metalli con elettroni di alta energia, le microonde sono prodotte da speciali tubi elettronici come il magnetron, le onde radio sono prodotte dal flusso di corrente alternata in conduttori elettrici e la radiazione termica è causata dalla temperatura dei corpi.
L’irraggiamento pertanto si occupa non dello studio di tutta la radiazione elettromagnetica ma solo dello studio della radiazione termica cioè dell’energia elettromagnetica emessa dai corpi a causa della loro temperatura.
Le radiazioni elettromagnetiche differiscono molto nel loro comportamento al variare della lunghezza d’onda. Esse coprono un esteso campo di lunghezze d’onda variabile da meno di 10-9 microm per i raggi cosmici a più di 10^10 microm per le onde elettriche di potenza.
La radiazione termica è caratterizzata da lunghezze d’onda che variano da circa 0,1 microm a 100 microm. Essa include quindi tutta la radiazione visibile, caratterizzata da lunghezze d’onda comprese tra 0,40 e 0,76 microm, e parte della radiazione infrarossa e ultravioletta.

La radiazione elettromagnetica emessa da un corpo per irraggiamento varia sensibilmente al variare della temperatura del corpo, della lunghezza d’onda, del materiale costituente il corpo e del trattamento superficiale di quest’ultimo.
Ad esempio, a parità di lunghezza d’onda e di temperatura, una superficie di ferro ossidato emette grosso modo quanto una superficie intonacata a calce; se il ferro è accuratamente lucidato, la radiazione emessa diventa meno della decima parte.
L’energia termica emessa da una superficie, così come tutte le grandezze che entrano in gioco nell’irraggiamento termico, dipende dalla lunghezza d’onda.

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