troca de energia por radiação

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Trabalho apresentado em 25/06/2016
troca de energia de radiação
Física estática e calor
 – 1º Semestre de 2016
Instituto Luterano de Ensino Superior de Porto Velho – ILES
Universidade Luterana do Brasil - ULBRA
Av. João Goulart, 666, CEP 76.804-414 - Porto Velho – RO, Fone: (069) 3216-7600
Resumo: O principal objetivo desse artigo será apresentar os conceitos envolvendo a radiação térmica, os componentes envolvido na troca de energia por radiação, mostrar as características de emissividade, absortividade, refletividade e transmissividade.
Palavras Chaves: absortividade, conceitos, emissividade, energia, refletividade, transmissividade. 
Abstract: The main objective of this article is to present the concepts involving the thermal radiation, the components involved in the exchange of energy by radiation, show the emissivity characteristics, absortividade, reflectivity and transmissivity.
Keywords: absortividade, concepts, emissivity, energy, reflectivity, transmissivity.
nomeclatura
Radiação, Emissão, Absorvição, Reflexão, Transmissão.
introdução
O calor é um tipo de energia que pode ser tranferida de um corpo para o outro quando há diferença de temperatura entre eles.
A radiação térmica, é uma forma de transferência de calor que, ocorre por meio de ondas eletromagnéticas. Como essas ondas podem propaga-se no vácuo, não é necessário que haja contatos entre os corpos para haver tranferência de calor. Todos os corpos emitem radiações térmicas que são propocionais a sua temperatura. Quanto maior a temperatura, maior a quantidade de calor que o objeto irradia.
Quando um corpo, sólido ou um fluido, está a uma temperatura diferente da de seu etorno ou outro corpo, a tranferência de energia , ocorre de tal maneira que o corpo e seu entorno alcancem equilíbrio térmico. Quando ocorre tranferência de energia térmica de um corpo para outro, a propagação se faz do corpo de maior temperatura para o de menor.
Quando uma quantidade de calor conduzida por unidade de tempo depende da diferença de temperatura no condutor e a quantidade de calor depende também das propriedades do material, temos a condutividade témica.
A energia térmica pode passar de um corpo para outro fundamentalmente de três maneiras diferentes: condução, conveção e radiação.
3 TROCA DE ENERGIA DE RADIAÇÃO
Radiação é a transferencia de calor por meio de ondas eletromagnéticas, como a luz visível, a radiação infra vermelha e a radiação ultra violeta.
Qualquer corpo mesmo a uma temperatura normal, emite energia sob a forma de radiação eletromagnética. A uma temperatura normal , digamos a 20 °C, quase toda a energia é transportada através de ondas infravermelhas com comprimentos de onda muito maiores que os da luz visível. À medida que a temperatura aumenta , os comprimentos de onda passam ater valores menores. À 800 °C , um corpo emite radiação visivel em quantidade suficiente para adquirir luminosidade própria e parecer “vermelho quente” , embora mesmo nesta temperatura a maior parte da energia seja transportado por ondas infravermelhas. A uma temperatura de 3000 °C, temperatura característica do filamento de uma lâmpada incandecente, a radiação contém luz visível suficiente a ponto de se tornar “branco quente”.
A taxa de radiação de energia de uma superfície é propocional a area da superficie e à quarta potência da temperatura absoluta (Kelvin).
Figura 1 Comprimente de onda
Quando existe uma diferença de temperatura entre duas superfície, pode ocorrer tranferência líquida de calor por radiação mesmo na ausência de um meio material interveniente. Introduziremos então os processos de radiação (emissão, transmissão, absorção e reflexão), as propriedades relativas (emissividade, absorvidade e refletividade).
Sabemos que a radiação se origina da emissão pela matéria e que seu tranporte subsequente não exige a presença de matéria. Mas qual é a natureza desse transporte? Uma teoria vê a radiação como a propagação de um conjunto de particulas denominadas fótons ou quanta. A radiação pode ser vista também como a propagação de ondas eletromagnéticas. Em qualquer caso atribuimos à radiação as propriedades típicas de uma onda: a frequência V e o comprimento de onda λ= c/v, onde C é a velocidade da luz no meio. Para a propagação no vácuo, Co=2,998x108m/s. A unidade do comprimento de onda é comumente o micrômetro (µm),onde 1 µm=10-6m.
Figura 1.1 Curvas do espectro da radiação solar incidente no topo da atmosfera e na superfície da terra e da emissão de um corpo negro a 5900K.
Os raios gama, os raios X e a radiação ultravioleta (UV) que possuem pequenos comprimento de onda, são de interesse de físicos de alta energia e dos engenheiros nucleares, enquanto as microondas e as ondas de rádios que possuem grandes comprimentos de ondas são de interesse dos engenheiros da área elétrica. É a fração intermediário do espectro, que se entendede aproximadamente 0,1 a 100 µm e que inclui uma fração de região UV e todo o espectro visível e infravermelho (IV), que é denomimado radiação térmica e é pertinente à transferência de calor.
A radiação térmica emitida pela superfície engloba uma faixa de comprimento de onda. A intensidade da radiação varia em função do comprimento de onda, e o termo espectral é utilizado como referência à natureza dessa dependência. A radiação emitida consiste em uma distribuição contínua e não-uniforme de componentes monocromáticos ( com um único comprimento de onda), tanto a intensidade da radiação em um comprimento de onda qualquer quanto a distribuição espectral variam com natureza e a temperatura da superfície emissora.
 
 
 Figura 1.2 Espectro da radiação eletromagnética que indica a região espectral da radiação térmica pértinente à tranferência de calor.
3.1 radiação no corpo negro
Antes de descrever as características reais, é útil introduzir o conceito de corpo negro. Uma superfície ideal tendo as seguintes propriedades é denominada de corpo negro:
Um corpo negro absorve toda a radiação incidente, independente do comprimento de onda e da direção;
Para uma temperatura e um comprimento de onda dados, nenhuma superfície pode emitir mais energia que um corpo negro;
Embora a radiação emitida por um corpo negro seja uma função do comprimento de onda e da temperatura, ela é independente da direção. Isto é, o corpo negro é um emissor difuso.
Como um observador perfeito e emissor difuso, o corpo negro serve como um padrão em relação ao qual as propriedades radiantes das superficies reais são comparadas.
Embora aproximadas muito de perto por algumas superfícies especiais, nenhuma superfície real possui exatamente as propriedades de um corpo negro. A melhor aproximação é alcançado por uma cavidade (um volume fechado vazio) com uma pequena abertura cuja superfície interna encontra-se a uma temperatura uniforme. Essa cavidade isotérmica tem as seguintes características:
Absorção completa. Se radiação entra através de uma pequena abertura, ela provavelmente sofrerá reflexões múltiplas antes de reemergir. Consequentemente, a radiação é quase completamente absorvida pela cavidade, e o comportamento é aproximado ao de um corpo negro.
Emisão de um corpo negro. Partindo dos princípios da termodinâmica, pode-se argumentar que a radiação que deixa a abertua depende apenas da temperatura de superfície. A emissão do corpo negro é difusa e com o poder emissivoespectral do corpo negro.
Irradiação de corpo negro nas superficies internas. O campo de radiação no interior da cavidade, que é o efeito cumulatibo da emissão e da reflexão da superfície da cavidade, deve ser da mesma forma da radiação que emerge da abertura. Segue-se que existe um campo de radiação de corpo negro dentro da cavidade. Consequentemente qualquer superfície pequena na cavidade sofre irradiação do corpo negro para o qual.
Figura 1.3 cavidadede isotérmica do corpo negro
3.2 ABSORTIVIDADE, REFLEXIVIDADE E TRANsMISSIVIDADE
Quando um feixe de radiação incide sobre um corpo, pode originar três parcelas,sendo a primeira refletida, outra absorvida e a última, transmitida.
Figura 1.4 transmissão,absorção e reflexão 
3.2.1 ABSORTIVIDADE
 A absortividade é a fração da irradiação incidente que é absorvida por um meio. Observando que a superfície pode apresentar absorção seletiva em relação ao comprimento de onda da radiação incidente, definimos absortividade espectral, αλ (λ), como
αλ (λ) = Gλ.abs (λ)
 Gλ (λ)
A absortividade total, α , representa um valor integrado sobre todos os comprimentos de onda e é definida como a fraçãoda irradiação total absorvida por uma superfície
α = G.abs
G
Utilizando as equações acima citado, a absortividade total pode ser calculada a partir da absortividade espectral, αλ, e da irradiação espectral, Gλ , como 
Assim, α depende da distribuição espectral da radiação incidente (Gλ) e da natureza superfície absorvedora (αλ).
Em geral, αλ depende apenas ligeiramente da temperatura da superfície (meio): logo, a absortividade total α é aproximadamente independente da temperatura da superfície.
Absortividade solar. Como α depende da distribuição espectral da irradiação, seu valor para uma superfície exposta à radiação solar pode diferir consideravelmente de seu valor para a mesma temperatura exposta à radiação de maior comprimento de onda, originada de uma fonte de menor temperatura. Como a distribuição espectral da radiação solar é aproximadamente proporcional à emissão de um corpo negro a Ts = 5800 K. A absortividade total à radiação solar, denominada absortividade sola, αs, pode ser aproximada como,
3.2.2 REFLEXIVIDADE
A reflexividade é a fração da radiação incidente, que é refletida por uma superfície. A refletividade espectral, p(λ), é definida como a fração da irradiação espectral incidente que é refletida pela superfície.
A refletividade total, (p),é então definida como
Caso em que a reletividade total é relacionada à refletividade espectral e à irradiação espectral por 
A reflexão das superfícies pode ser idealizada como difusa ( uniformemente em todas as direções, superfícies rugosas) ou especular (em uma única direção de forma semelhante a um espelho, superfícies polidas).
 
Figura 1.5 reflexão especular e difusa
3.2.3 TRANSMISSIVIDADE
A transmissividade é a fração da radiação incidente transmitida através de um material semitrasparente.
A transmissividade espectral é definida como a fração da irradiação espectral incidente que é transmitida através do meio.
 A transmissividade total, (T), é definida como
Caso em que a transmissividade total é relacionada á transmitância espectral e à irradiação espectral por
3.3 emissividade
Emissividade (ε) é uma grandeza adimensional que depende do material, do tipo de superfície e da temperatura. Para o corpo negro ideal, ε = [1]
A tabela abaixo mostrará a emissividade de alguns materiais.
Tabela 01
	Material
	t °C
	ε
	Aço laminado 
	21
	0,66
	Aço oxidado
	100
	0,74
	Aluminio bruto
	26
	0,07-0,09
	Aluminio polido
	230
	0,056
	Asfalto 
	4
	0,97
	Cobre oxidado
	25
	0,78
	Cobre polido
	23
	0,05
	Concreto 
	24
	0,93
	Ferro fundido cinz líquido
	1330
	0,28
	Ferro fundido cinz usinado
	22
	0,28
	Granito polido
	21
	0,85
	Latão fosco 
	200
	0,22
	Latão polido
	19
	0,05
	Latão polido
	300
	0,03
	Niquel polido
	230
	0,07
	Níquel polido
	380
	0,09
	Ouro polido
	630
	0,034
	Pintura preta
	80
	0,97
	Tijolo vermelho comun
	22
	0,94
Referências
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fisica II, termodinâmica e ondas, Young & Freedman