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Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Radiac¸a˜o Te´rmica Vicente Luiz Scalon Faculdade de Engenharia/UNESP-Bauru Disciplina: Transfereˆncia de Calor e Massa I Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Suma´rio Objetivos Conceitos Fundamentais Espectro Conceitos adicionais Balanc¸o Energe´tico em uma Superfı´cie Radiac¸a˜o de corpo negro A Distribuic¸a˜o de Planck Lei de Stefan Boltzman Propriedades de superfı´cies reais Emissa˜o de uma superfı´cie Absortividade, Refletividade e Transmissividade Lei de Kirchoff Radiac¸a˜o Ambiental Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Suma´rio Objetivos Conceitos Fundamentais Espectro Conceitos adicionais Balanc¸o Energe´tico em uma Superfı´cie Radiac¸a˜o de corpo negro A Distribuic¸a˜o de Planck Lei de Stefan Boltzman Propriedades de superfı´cies reais Emissa˜o de uma superfı´cie Absortividade, Refletividade e Transmissividade Lei de Kirchoff Radiac¸a˜o Ambiental Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Suma´rio Objetivos Conceitos Fundamentais Espectro Conceitos adicionais Balanc¸o Energe´tico em uma Superfı´cie Radiac¸a˜o de corpo negro A Distribuic¸a˜o de Planck Lei de Stefan Boltzman Propriedades de superfı´cies reais Emissa˜o de uma superfı´cie Absortividade, Refletividade e Transmissividade Lei de Kirchoff Radiac¸a˜o Ambiental Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Suma´rio Objetivos Conceitos Fundamentais Espectro Conceitos adicionais Balanc¸o Energe´tico em uma Superfı´cie Radiac¸a˜o de corpo negro A Distribuic¸a˜o de Planck Lei de Stefan Boltzman Propriedades de superfı´cies reais Emissa˜o de uma superfı´cie Absortividade, Refletividade e Transmissividade Lei de Kirchoff Radiac¸a˜o Ambiental Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Suma´rio Objetivos Conceitos Fundamentais Espectro Conceitos adicionais Balanc¸o Energe´tico em uma Superfı´cie Radiac¸a˜o de corpo negro A Distribuic¸a˜o de Planck Lei de Stefan Boltzman Propriedades de superfı´cies reais Emissa˜o de uma superfı´cie Absortividade, Refletividade e Transmissividade Lei de Kirchoff Radiac¸a˜o Ambiental Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Suma´rio Objetivos Conceitos Fundamentais Espectro Conceitos adicionais Balanc¸o Energe´tico em uma Superfı´cie Radiac¸a˜o de corpo negro A Distribuic¸a˜o de Planck Lei de Stefan Boltzman Propriedades de superfı´cies reais Emissa˜o de uma superfı´cie Absortividade, Refletividade e Transmissividade Lei de Kirchoff Radiac¸a˜o Ambiental Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Suma´rio Objetivos Conceitos Fundamentais Espectro Conceitos adicionais Balanc¸o Energe´tico em uma Superfı´cie Radiac¸a˜o de corpo negro A Distribuic¸a˜o de Planck Lei de Stefan Boltzman Propriedades de superfı´cies reais Emissa˜o de uma superfı´cie Absortividade, Refletividade e Transmissividade Lei de Kirchoff Radiac¸a˜o Ambiental Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Principais objetivos: apresentar os principais conceitos envolvendo radiac¸a˜o te´rmica, apresentar os componentes envolvidos na troca de calor de um corpo por radiac¸a˜o; introduzir a curva da radiac¸a˜o te´rmica e os diversos comprimentos de onda; mostrar as caracterı´sticas de emissividade, absortividade, refletividade e transmitaˆncia; apresentar os princı´pios da Lei de Kirchoff. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Principais objetivos: apresentar os principais conceitos envolvendo radiac¸a˜o te´rmica, apresentar os componentes envolvidos na troca de calor de um corpo por radiac¸a˜o; introduzir a curva da radiac¸a˜o te´rmica e os diversos comprimentos de onda; mostrar as caracterı´sticas de emissividade, absortividade, refletividade e transmitaˆncia; apresentar os princı´pios da Lei de Kirchoff. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Principais objetivos: apresentar os principais conceitos envolvendo radiac¸a˜o te´rmica, apresentar os componentes envolvidos na troca de calor de um corpo por radiac¸a˜o; introduzir a curva da radiac¸a˜o te´rmica e os diversos comprimentos de onda; mostrar as caracterı´sticas de emissividade, absortividade, refletividade e transmitaˆncia; apresentar os princı´pios da Lei de Kirchoff. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Principais objetivos: apresentar os principais conceitos envolvendo radiac¸a˜o te´rmica, apresentar os componentes envolvidos na troca de calor de um corpo por radiac¸a˜o; introduzir a curva da radiac¸a˜o te´rmica e os diversos comprimentos de onda; mostrar as caracterı´sticas de emissividade, absortividade, refletividade e transmitaˆncia; apresentar os princı´pios da Lei de Kirchoff. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Principais objetivos: apresentar os principais conceitos envolvendo radiac¸a˜o te´rmica, apresentar os componentes envolvidos na troca de calor de um corpo por radiac¸a˜o; introduzir a curva da radiac¸a˜o te´rmica e os diversos comprimentos de onda; mostrar as caracterı´sticas de emissividade, absortividade, refletividade e transmitaˆncia; apresentar os princı´pios da Lei de Kirchoff. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Radiac¸a˜o te´rmica Radiac¸a˜o Te´rmica: forma na qual o transporte de energia se da´ atrave´s de ondas eletromagne´ticas e o u´nico tipo que pode ocorrer sem a presenc¸a de mate´ria. De fundamental importaˆncia para a vida humana ja´ que a energia do sol chega ate´ a Terra desta maneira. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Caracterı´sticas fundamentais: qualquer mate´ria a temperatura acima de 0 K, emite radiac¸a˜o te´rmica; embora a radiac¸a˜o consista de um fenoˆmeno volume´trico, ja´ que todo o volume de ga´s participa do processo, para so´lidos e lı´quidos opacos ele pode ser tratado de forma adequada como um fenoˆmeno de superfı´cie; em termos de radiac¸a˜o, se fala em fluxo de calor lı´quido, ja´ que o corpo tanto emite como recebe energia; o fluxo de radiac¸a˜o lı´quido ocorre dos corpos de maior temperatura para os de menor temperatura (ou vizinhanc¸as); o fenoˆmeno da emissa˜o de radiac¸a˜o e´ multidirecional; Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Caracterı´sticas fundamentais: qualquer mate´ria a temperatura acima de 0 K, emite radiac¸a˜o te´rmica; embora a radiac¸a˜o consista de um fenoˆmeno volume´trico, ja´ que todo o volume de ga´s participa do processo, para so´lidos e lı´quidos opacos ele pode ser tratado de forma adequada como um fenoˆmeno de superfı´cie; em termos de radiac¸a˜o, se fala em fluxo de calor lı´quido, ja´ que o corpo tanto emite como recebe energia; o fluxo de radiac¸a˜o lı´quido ocorre dos corpos de maior temperatura para os de menor temperatura (ou vizinhanc¸as); o fenoˆmeno da emissa˜o de radiac¸a˜o e´ multidirecional; Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Caracterı´sticas fundamentais: qualquer mate´ria a temperatura acima de 0 K, emite radiac¸a˜o te´rmica; embora a radiac¸a˜o consista de um fenoˆmeno volume´trico, ja´ que todo o volume de ga´s participa do processo, para so´lidose lı´quidos opacos ele pode ser tratado de forma adequada como um fenoˆmeno de superfı´cie; em termos de radiac¸a˜o, se fala em fluxo de calor lı´quido, ja´ que o corpo tanto emite como recebe energia; o fluxo de radiac¸a˜o lı´quido ocorre dos corpos de maior temperatura para os de menor temperatura (ou vizinhanc¸as); o fenoˆmeno da emissa˜o de radiac¸a˜o e´ multidirecional; Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Caracterı´sticas fundamentais: qualquer mate´ria a temperatura acima de 0 K, emite radiac¸a˜o te´rmica; embora a radiac¸a˜o consista de um fenoˆmeno volume´trico, ja´ que todo o volume de ga´s participa do processo, para so´lidos e lı´quidos opacos ele pode ser tratado de forma adequada como um fenoˆmeno de superfı´cie; em termos de radiac¸a˜o, se fala em fluxo de calor lı´quido, ja´ que o corpo tanto emite como recebe energia; o fluxo de radiac¸a˜o lı´quido ocorre dos corpos de maior temperatura para os de menor temperatura (ou vizinhanc¸as); o fenoˆmeno da emissa˜o de radiac¸a˜o e´ multidirecional; Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Caracterı´sticas fundamentais: qualquer mate´ria a temperatura acima de 0 K, emite radiac¸a˜o te´rmica; embora a radiac¸a˜o consista de um fenoˆmeno volume´trico, ja´ que todo o volume de ga´s participa do processo, para so´lidos e lı´quidos opacos ele pode ser tratado de forma adequada como um fenoˆmeno de superfı´cie; em termos de radiac¸a˜o, se fala em fluxo de calor lı´quido, ja´ que o corpo tanto emite como recebe energia; o fluxo de radiac¸a˜o lı´quido ocorre dos corpos de maior temperatura para os de menor temperatura (ou vizinhanc¸as); o fenoˆmeno da emissa˜o de radiac¸a˜o e´ multidirecional; Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Espectro Geral Fonte: http://www.auf.asn.au/meteorology/section1b.html Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Intensidade de Radiac¸a˜o Aˆngulo So´lido Representa uma parcela de uma superfı´ce semi-hesfe´rica tomada a qualquer distaˆncia do ponto de interesse e representada variac¸a˜o dos aˆngulos ∆θ e ∆φ. Intensidade de Radiac¸a˜o (Ie) Taxa de energia radiante emitida na direc¸a˜o θ, φ por unidade de a´rea da superfı´cie emissora. Se a emissa˜o e´ avaliada num determinado comprimento de onda λ a intensidade e´ representada por Iλ,e. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Intensidade de Radiac¸a˜o Aˆngulo So´lido Representa uma parcela de uma superfı´ce semi-hesfe´rica tomada a qualquer distaˆncia do ponto de interesse e representada variac¸a˜o dos aˆngulos ∆θ e ∆φ. Semi-Esfera Angulo So´lido ∆ φ ∆θ Intensidade de Radiac¸a˜o (Ie) Taxa de energia radiante emitida na direc¸a˜o θ, φ por unidade de a´rea da superfı´cie emissora. Se a emissa˜o e´ avaliada num determinado comprimento de onda λ a intensidade e´ representada por Iλ,e. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Intensidade de Radiac¸a˜o Aˆngulo So´lido Representa uma parcela de uma superfı´ce semi-hesfe´rica tomada a qualquer distaˆncia do ponto de interesse e representada variac¸a˜o dos aˆngulos ∆θ e ∆φ. Semi-Esfera Angulo So´lido ∆ φ ∆θ Intensidade de Radiac¸a˜o (Ie) Taxa de energia radiante emitida na direc¸a˜o θ, φ por unidade de a´rea da superfı´cie emissora. Se a emissa˜o e´ avaliada num determinado comprimento de onda λ a intensidade e´ representada por Iλ,e. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Poder Emissivo Poder emissivo hemisfe´rico (Eλ) R epresenta a energia total emitida por uma determinada mate´ria e representado pela integrac¸a˜o da Iλ,e, ao longo de todo o hemisfe´rio. E = pi · Iλ,e Poder emissivo total (E) Representa a energia total emitida por um determinado corpo e pode ser representado pela integrac¸a˜o da Eλ em todos os comprimentos de onda da radiac¸a˜o te´rmica. E = ∫ ∞ λ=0 Eλ · dλ ≈ ∫ 2500nm λ=100nm Eλ · dλ Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Poder Emissivo Poder emissivo hemisfe´rico (Eλ) R epresenta a energia total emitida por uma determinada mate´ria e representado pela integrac¸a˜o da Iλ,e, ao longo de todo o hemisfe´rio. E = pi · Iλ,e Poder emissivo total (E) Representa a energia total emitida por um determinado corpo e pode ser representado pela integrac¸a˜o da Eλ em todos os comprimentos de onda da radiac¸a˜o te´rmica. E = ∫ ∞ λ=0 Eλ · dλ ≈ ∫ 2500nm λ=100nm Eλ · dλ Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Balanc¸o Energe´tico em uma Superfı´cie Irradiac¸a˜o Espectral (G): e´ a quantidade total de energia por radiac¸a˜o incidindo sobre o corpo em estudo. Ele pode ser calculado com base na radiac¸a˜o total incidente (Ii): G = pi · Z ∞ λ=0 Ii,λ · dλ = pi · Ii Radiosidade (J) e´ definida como o total de energia que deixa um determinado corpo. Esta energia abrange o valor emitido pelo corpo e a parcela refetida pelo corpo. J = pi · Z ∞ λ=0 Ie+r,λ · dλ = pi · Ie+r J = ρ ·G+ E E Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Balanc¸o Energe´tico em uma Superfı´cie Irradiac¸a˜o Espectral (G): e´ a quantidade total de energia por radiac¸a˜o incidindo sobre o corpo em estudo. Ele pode ser calculado com base na radiac¸a˜o total incidente (Ii): G = pi · Z ∞ λ=0 Ii,λ · dλ = pi · Ii Radiosidade (J) e´ definida como o total de energia que deixa um determinado corpo. Esta energia abrange o valor emitido pelo corpo e a parcela refetida pelo corpo. J = pi · Z ∞ λ=0 Ie+r,λ · dλ = pi · Ie+r J = ρ ·G+ E G E Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Balanc¸o Energe´tico em uma Superfı´cie Irradiac¸a˜o Espectral (G): e´ a quantidade total de energia por radiac¸a˜o incidindo sobre o corpo em estudo. Ele pode ser calculado com base na radiac¸a˜o total incidente (Ii): G = pi · Z ∞ λ=0 Ii,λ · dλ = pi · Ii • Parcela Refletida = pi · Ir = ρ ·G Radiosidade (J) e´ definida como o total de energia que deixa um determinado corpo. Esta energia abrange o valor emitido pelo corpo e a parcela refetida pelo corpo. J = pi · Z ∞ λ=0 Ie+r,λ · dλ = pi · Ie+r J = ρ ·G+ E ρ ·G G E Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Balanc¸o Energe´tico em uma Superfı´cie Irradiac¸a˜o Espectral (G): e´ a quantidade total de energia por radiac¸a˜o incidindo sobre o corpo em estudo. Ele pode ser calculado com base na radiac¸a˜o total incidente (Ii): G = pi · Z ∞ λ=0 Ii,λ · dλ = pi · Ii Radiosidade (J) e´ definida como o total de energia que deixa um determinado corpo. Esta energia abrange o valor emitido pelo corpo e a parcela refetida pelo corpo. J = pi · Z ∞ λ=0 Ie+r,λ · dλ = pi · Ie+r J = ρ ·G+ E J ρ ·G G E Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Radiac¸a˜o de corpo negro 1 um corpo negro absorve toda a radiac¸a˜o incidente; 2 nenhuma superfı´cie pode emitir mais que um corpo negro; 3 o corpo negro e´ um emissor difuso (mesmo perfil de comprimento de ondas em todas as direc¸o˜es). Observac¸a˜o: Um corpo real com um orifı´cio uma grande superfı´cie de cavidade interna se comporta como sendo um corpo negro. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Radiac¸a˜o de corpo negro 1 um corpo negro absorve toda a radiac¸a˜o incidente; 2 nenhuma superfı´cie pode emitir mais que um corpo negro; 3 o corpo negroe´ um emissor difuso (mesmo perfil de comprimento de ondas em todas as direc¸o˜es). Observac¸a˜o: Um corpo real com um orifı´cio uma grande superfı´cie de cavidade interna se comporta como sendo um corpo negro. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Radiac¸a˜o de corpo negro 1 um corpo negro absorve toda a radiac¸a˜o incidente; 2 nenhuma superfı´cie pode emitir mais que um corpo negro; 3 o corpo negro e´ um emissor difuso (mesmo perfil de comprimento de ondas em todas as direc¸o˜es). Observac¸a˜o: Um corpo real com um orifı´cio uma grande superfı´cie de cavidade interna se comporta como sendo um corpo negro. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Radiac¸a˜o de corpo negro 1 um corpo negro absorve toda a radiac¸a˜o incidente; 2 nenhuma superfı´cie pode emitir mais que um corpo negro; 3 o corpo negro e´ um emissor difuso (mesmo perfil de comprimento de ondas em todas as direc¸o˜es). Observac¸a˜o: Um corpo real com um orifı´cio uma grande superfı´cie de cavidade interna se comporta como sendo um corpo negro. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental A Distribuic¸a˜o de Planck Va´lida somente para Corpos negros A distribuic¸a˜o permite verificar o comportamento da do Poder Emissivo Espectral de um corpo negro em func¸a˜o do comprimento de onda. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental A Distribuic¸a˜o de Planck Va´lida somente para Corpos negros A distribuic¸a˜o permite verificar o comportamento da do Poder Emissivo Espectral de um corpo negro em func¸a˜o do comprimento de onda. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental A Distribuic¸a˜o de Planck Va´lida somente para Corpos negros A distribuic¸a˜o permite verificar o comportamento da do Poder Emissivo Espectral de um corpo negro em func¸a˜o do comprimento de onda. Equac¸a˜o: Eλ,n = C1 λ5 · ˆexp `C2 λT ´− 1˜ onde C1 = 3,742× 108W·µm4/m2 e C2 = 1,439× 104 µm·K. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental A Distribuic¸a˜o de Planck Va´lida somente para Corpos negros A distribuic¸a˜o permite verificar o comportamento da do Poder Emissivo Espectral de um corpo negro em func¸a˜o do comprimento de onda. Equac¸a˜o: Eλ,n = C1 λ5 · ˆexp `C2 λT ´− 1˜ onde C1 = 3,742× 108W·µm4/m2 e C2 = 1,439× 104 µm·K. 10−4 10−2 1 102 104 106 108 0.1 1 10 100 P od er E m is si vo E sp ec tr al E λ [W /m 2 ·µ m ] Comprimento de Onda λ [µm] 5800 K 4000 K 1000 K 2000 K 500 K 100 K Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Lei do Deslocamento de Wien O comprimento de onda de ma´xima emissa˜o e´ func¸a˜o da temperatura de emissa˜o. 10−4 10−2 1 102 104 106 108 0.1 1 10 100 P od er E m is si vo E sp ec tr al E λ [W /m 2 ·µ m ] Comprimento de Onda λ [µm] 5800 K 4000 K 1000 K 2000 K 500 K 100 K Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Lei do Deslocamento de Wien O comprimento de onda de ma´xima emissa˜o e´ func¸a˜o da temperatura de emissa˜o. De acordo com Lei de Deslocamento de Wien: λmax · T = C3 onde C3 = 2 897,8 µm·K. 10−4 10−2 1 102 104 106 108 0.1 1 10 100 P od er E m is si vo E sp ec tr al E λ [W /m 2 ·µ m ] Comprimento de Onda λ [µm] 5800 K 4000 K 1000 K 2000 K 500 K 100 K Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Lei do Deslocamento de Wien O comprimento de onda de ma´xima emissa˜o e´ func¸a˜o da temperatura de emissa˜o. De acordo com Lei de Deslocamento de Wien: λmax · T = C3 onde C3 = 2 897,8 µm·K. 10−4 10−2 1 102 104 106 108 0.1 1 10 100 P od er E m is si vo E sp ec tr al E λ [W /m 2 ·µ m ] Comprimento de Onda λ [µm] Lei do Deslocamento de Wien 5800 K 4000 K 1000 K 2000 K 500 K 100 K Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Lei de Stefan Boltzman A emissa˜o da radiac¸a˜o de um corpo negro pode ser calculada com base na distribuic¸a˜o espectral. Assim, a emissa˜o completa e´ dada por: En = Z ∞ 0 C1 λ5 · [exp `C2 λT ´− 1 · dλ = σ · T 4 sendo que σ = 5,67× 108 W/m2K4. Emisso˜es para determinadas faixas de comprimentos de onda tambe´m podem ser obtidas alterando-se os valores dos limites das integrais forem alterados: F (0− λ) = R λ 0 Eλ,n · dλR∞ 0 Eλ,n · dλ = R λ 0 Eλ,n · dλ σ · T 4 = Z λ·T 0 Eλ,n σ · T 5 d(λ · T ) Livros texto de transmissa˜o de calor trazem tabelas que permitem estes ca´lculos. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Lei de Stefan Boltzman A emissa˜o da radiac¸a˜o de um corpo negro pode ser calculada com base na distribuic¸a˜o espectral. Assim, a emissa˜o completa e´ dada por: En = Z ∞ 0 C1 λ5 · [exp `C2 λT ´− 1 · dλ = σ · T 4 sendo que σ = 5,67× 108 W/m2K4. Emisso˜es para determinadas faixas de comprimentos de onda tambe´m podem ser obtidas alterando-se os valores dos limites das integrais forem alterados: F (0− λ) = R λ 0 Eλ,n · dλR∞ 0 Eλ,n · dλ = R λ 0 Eλ,n · dλ σ · T 4 = Z λ·T 0 Eλ,n σ · T 5 d(λ · T ) Livros texto de transmissa˜o de calor trazem tabelas que permitem estes ca´lculos. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Lei de Stefan Boltzman A emissa˜o da radiac¸a˜o de um corpo negro pode ser calculada com base na distribuic¸a˜o espectral. Assim, a emissa˜o completa e´ dada por: En = Z ∞ 0 C1 λ5 · [exp `C2 λT ´− 1 · dλ = σ · T 4 sendo que σ = 5,67× 108 W/m2K4. Emisso˜es para determinadas faixas de comprimentos de onda tambe´m podem ser obtidas alterando-se os valores dos limites das integrais forem alterados: F (0− λ) = R λ 0 Eλ,n · dλR∞ 0 Eλ,n · dλ = R λ 0 Eλ,n · dλ σ · T 4 = Z λ·T 0 Eλ,n σ · T 5 d(λ · T ) Livros texto de transmissa˜o de calor trazem tabelas que permitem estes ca´lculos. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Emisso˜es parciais de um Corpo Negro em func¸a˜o do valor λ · T Eλ λλ20 F (0− λ2) Tabela λ · T F (0− λ) 200 3,41× 10−27 400 1,86× 10−12 600 9,28× 10−8 800 0,0000164195 1000 0,000320539 1200 0,00213298 1400 0,00778672 1600 0,0197114 1800 0,039329 2000 0,0667107 2200 0,100864 2400 0,140227 2600 0,183085 2800 0,22785 λ · T F (0− λ) 3000 0,273187 3200 0,318053 3400 0,361684 3600 0,403553 3800 0,443327 4000 0,48082 4200 0,515955 4400 0,548737 4600 0,579221 4800 0,607499 5000 0,633687 5200 0,65791 5400 0,680299 5600 0,700986 λ · T F (0− λ) 5800 0,720098 6000 0,737758 6200 0,75408 6400 0,769174 6600 0,78314 6800 0,79607 7000 0,80805 7200 0,819159 7400 0,829468 7600 0,839044 7800 0,847947 8000 0,856231 9000 0,889974 10000 0,914144 λ · T F (0− λ) 11000 0,931836 12000 0,945045 13000 0,955086 14000 0,962845 15000 0,968929 16000 0,973763 17000 0,97765 18000 0,980809 19000 0,983403 20000 0,985551 25000 0,992165 50000 0,998904 75000 0,999663 100000 0,999855 Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Emisso˜es parciais de um Corpo Negro em func¸a˜o do valor λ · T Eλ λλ20 F (0− λ2) Eλ λλ10 F (0 − λ 1 ) Tabela λ · T F (0− λ) 200 3,41× 10−27 400 1,86× 10−12 600 9,28× 10−8 800 0,0000164195 1000 0,0003205391200 0,00213298 1400 0,00778672 1600 0,0197114 1800 0,039329 2000 0,0667107 2200 0,100864 2400 0,140227 2600 0,183085 2800 0,22785 λ · T F (0− λ) 3000 0,273187 3200 0,318053 3400 0,361684 3600 0,403553 3800 0,443327 4000 0,48082 4200 0,515955 4400 0,548737 4600 0,579221 4800 0,607499 5000 0,633687 5200 0,65791 5400 0,680299 5600 0,700986 λ · T F (0− λ) 5800 0,720098 6000 0,737758 6200 0,75408 6400 0,769174 6600 0,78314 6800 0,79607 7000 0,80805 7200 0,819159 7400 0,829468 7600 0,839044 7800 0,847947 8000 0,856231 9000 0,889974 10000 0,914144 λ · T F (0− λ) 11000 0,931836 12000 0,945045 13000 0,955086 14000 0,962845 15000 0,968929 16000 0,973763 17000 0,97765 18000 0,980809 19000 0,983403 20000 0,985551 25000 0,992165 50000 0,998904 75000 0,999663 100000 0,999855 Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Emisso˜es parciais de um Corpo Negro em func¸a˜o do valor λ · T Eλ λλ20 F (0− λ2) - Eλ λλ10 F (0 − λ 1 ) = Eλ λλ20 λ1 F (λ 1 − λ 2 ) Tabela λ · T F (0− λ) 200 3,41× 10−27 400 1,86× 10−12 600 9,28× 10−8 800 0,0000164195 1000 0,000320539 1200 0,00213298 1400 0,00778672 1600 0,0197114 1800 0,039329 2000 0,0667107 2200 0,100864 2400 0,140227 2600 0,183085 2800 0,22785 λ · T F (0− λ) 3000 0,273187 3200 0,318053 3400 0,361684 3600 0,403553 3800 0,443327 4000 0,48082 4200 0,515955 4400 0,548737 4600 0,579221 4800 0,607499 5000 0,633687 5200 0,65791 5400 0,680299 5600 0,700986 λ · T F (0− λ) 5800 0,720098 6000 0,737758 6200 0,75408 6400 0,769174 6600 0,78314 6800 0,79607 7000 0,80805 7200 0,819159 7400 0,829468 7600 0,839044 7800 0,847947 8000 0,856231 9000 0,889974 10000 0,914144 λ · T F (0− λ) 11000 0,931836 12000 0,945045 13000 0,955086 14000 0,962845 15000 0,968929 16000 0,973763 17000 0,97765 18000 0,980809 19000 0,983403 20000 0,985551 25000 0,992165 50000 0,998904 75000 0,999663 100000 0,999855 Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Emisso˜es parciais de um Corpo Negro em func¸a˜o do valor λ · T Eλ λλ20 F (0− λ2) - Eλ λλ10 F (0 − λ 1 ) = Eλ λλ20 λ1 F (λ 1 − λ 2 ) Tabela λ · T F (0− λ) 200 3,41× 10−27 400 1,86× 10−12 600 9,28× 10−8 800 0,0000164195 1000 0,000320539 1200 0,00213298 1400 0,00778672 1600 0,0197114 1800 0,039329 2000 0,0667107 2200 0,100864 2400 0,140227 2600 0,183085 2800 0,22785 λ · T F (0− λ) 3000 0,273187 3200 0,318053 3400 0,361684 3600 0,403553 3800 0,443327 4000 0,48082 4200 0,515955 4400 0,548737 4600 0,579221 4800 0,607499 5000 0,633687 5200 0,65791 5400 0,680299 5600 0,700986 λ · T F (0− λ) 5800 0,720098 6000 0,737758 6200 0,75408 6400 0,769174 6600 0,78314 6800 0,79607 7000 0,80805 7200 0,819159 7400 0,829468 7600 0,839044 7800 0,847947 8000 0,856231 9000 0,889974 10000 0,914144 λ · T F (0− λ) 11000 0,931836 12000 0,945045 13000 0,955086 14000 0,962845 15000 0,968929 16000 0,973763 17000 0,97765 18000 0,980809 19000 0,983403 20000 0,985551 25000 0,992165 50000 0,998904 75000 0,999663 100000 0,999855 Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Emissividade ε Representa a parcela realmente emitida por um corpo real. A emissividade pode assumir diferentes valores em func¸a˜o do comprimento de onda, aˆngulo de inclinac¸a˜o, etc. ε(λ, φ, θ) = Ie(λ, φ, θ) Ie,λ,n A relac¸a˜o entre a intensidade na drec¸a˜o normal e do aˆngulo so´lido e´ bastante complexa e, normalmente, tende a ser desprezada. Neste caso, a emissividade passa a ser func¸a˜o do comprimento de onda: ελ = Ie,λ Ie,λ,n Embora exista uma grande dependeˆncia entre a emissividade e o comprimento de onda, e´ usual apresentar o valor global me´dio para todo o espectro. ε = Ee En Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Emissividade ε Representa a parcela realmente emitida por um corpo real. A emissividade pode assumir diferentes valores em func¸a˜o do comprimento de onda, aˆngulo de inclinac¸a˜o, etc. ε(λ, φ, θ) = Ie(λ, φ, θ) Ie,λ,n A relac¸a˜o entre a intensidade na drec¸a˜o normal e do aˆngulo so´lido e´ bastante complexa e, normalmente, tende a ser desprezada. Neste caso, a emissividade passa a ser func¸a˜o do comprimento de onda: ελ = Ie,λ Ie,λ,n Embora exista uma grande dependeˆncia entre a emissividade e o comprimento de onda, e´ usual apresentar o valor global me´dio para todo o espectro. ε = Ee En Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Emissividade ε Representa a parcela realmente emitida por um corpo real. A emissividade pode assumir diferentes valores em func¸a˜o do comprimento de onda, aˆngulo de inclinac¸a˜o, etc. ε(λ, φ, θ) = Ie(λ, φ, θ) Ie,λ,n A relac¸a˜o entre a intensidade na drec¸a˜o normal e do aˆngulo so´lido e´ bastante complexa e, normalmente, tende a ser desprezada. Neste caso, a emissividade passa a ser func¸a˜o do comprimento de onda: ελ = Ie,λ Ie,λ,n Embora exista uma grande dependeˆncia entre a emissividade e o comprimento de onda, e´ usual apresentar o valor global me´dio para todo o espectro. ε = Ee En Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Absortividade, Refletividade e Transmissividade Absortividade (α) Absortividade : representa a quantidade de radiac¸a˜o incidente que um corpo e´ capaz de absorver. Tambe´m pode ser expressa em func¸a˜o do comprimento de onda, aˆngulo de inclinac¸a˜o, etc. Entretanto, os mais utilizados sa˜o os valores com relac¸a˜o ao comprimento de onda ou global: αλ = Gλ,abs Gλ ou α = Gabs G sendo que G representa a radiac¸a˜o que chega ao corpo. Refletividade (ρ) Representa a parcela da radiac¸a˜o que e´ refletida pelo corpo. Depende tambe´m do aˆngulo de inclinac¸a˜o mas e´ normalmente expressa em func¸a˜o do comprimento de onda o mesmo por seu valor total: ρλ = Gλ,ref Gλ ou ρ = Gref G Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Absortividade, Refletividade e Transmissividade Absortividade (α) Absortividade : representa a quantidade de radiac¸a˜o incidente que um corpo e´ capaz de absorver. Tambe´m pode ser expressa em func¸a˜o do comprimento de onda, aˆngulo de inclinac¸a˜o, etc. Entretanto, os mais utilizados sa˜o os valores com relac¸a˜o ao comprimento de onda ou global: αλ = Gλ,abs Gλ ou α = Gabs G sendo que G representa a radiac¸a˜o que chega ao corpo. Refletividade (ρ) Representa a parcela da radiac¸a˜o que e´ refletida pelo corpo. Depende tambe´m do aˆngulo de inclinac¸a˜o mas e´ normalmente expressa em func¸a˜o do comprimento de onda o mesmo por seu valor total: ρλ = Gλ,ref Gλ ou ρ = Gref G Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Transmissividade e Balanc¸o Energe´tico Transmissividade (τ ) Representa a parcela da radiac¸a˜o que consegue atravessar o corpo. Corpos opacos tem transmissibilidade nula. Igualmente dependente do aˆngulo de inclinac¸a˜o, mas comumente expressa em func¸a˜o do comprimento de onda ou mesmo por seu valor total. τλ = Gλ,tr Gλ ou τ = Gtr G Balanc¸o Energe´tico O valor total da irradiac¸a˜o pode ser calculado na forma: G = Gabs +Gref +Gtr Dividindo-se esta expressa˜o pela radiac¸a˜o total que chega ao corpo, tem-se : 1 = α+ ρ+ τ ou analogamente 1 = αλ + ρλ + τλ e deve-se lembrar, ainda, que para corpos opacos τ = 0. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Transmissividade e Balanc¸o Energe´tico Transmissividade (τ ) Representa a parcela da radiac¸a˜oque consegue atravessar o corpo. Corpos opacos tem transmissibilidade nula. Igualmente dependente do aˆngulo de inclinac¸a˜o, mas comumente expressa em func¸a˜o do comprimento de onda ou mesmo por seu valor total. τλ = Gλ,tr Gλ ou τ = Gtr G Balanc¸o Energe´tico O valor total da irradiac¸a˜o pode ser calculado na forma: G = Gabs +Gref +Gtr Dividindo-se esta expressa˜o pela radiac¸a˜o total que chega ao corpo, tem-se : 1 = α+ ρ+ τ ou analogamente 1 = αλ + ρλ + τλ e deve-se lembrar, ainda, que para corpos opacos τ = 0. Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Abordagem utilizada quando as propriedades relacionadas a` radiac¸a˜o sa˜o seletivas propriedade seletiva e´ aquela que depende do comprimento de onda. abordagem ana´loga pode ser utilizada em problemas de absortividade, emissividade, transmissividade e refletividade seletiva; a avaliac¸a˜o do balanc¸o de energia depende das caracterı´sticas tanto da curva de radiac¸a˜o como do comportamento da propriedade seletiva. de maneira geral, num caso de absorc¸a˜o de uma quantidade G(λ) por uma superfı´cie com αλ: Gabs = Z ∞ 0 αλ ·G(λ)dλ = Z λ1 0 αλ ·G(λ)dλ+ Z ∞ λ1 αλ ·G(λ)dλ em uma faixa onde a emissividade assume um valor constante: Gabs,λ1−λ2 = αλ · ∫ λ2 λ1 G(λ)dλ = αλ · F (λ1 − λ2) ·G em uma faixa onde a irradiac¸a˜o assume um valor constante: Gabs,λ1−λ2 = G(λ) · ∫ λ2 λ1 αλdλ (integral = a´rea do gra´fico) Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Abordagem utilizada quando as propriedades relacionadas a` radiac¸a˜o sa˜o seletivas propriedade seletiva e´ aquela que depende do comprimento de onda. abordagem ana´loga pode ser utilizada em problemas de absortividade, emissividade, transmissividade e refletividade seletiva; a avaliac¸a˜o do balanc¸o de energia depende das caracterı´sticas tanto da curva de radiac¸a˜o como do comportamento da propriedade seletiva. de maneira geral, num caso de absorc¸a˜o de uma quantidade G(λ) por uma superfı´cie com αλ: Gabs = Z ∞ 0 αλ ·G(λ)dλ = Z λ1 0 αλ ·G(λ)dλ+ Z ∞ λ1 αλ ·G(λ)dλ em uma faixa onde a emissividade assume um valor constante: Gabs,λ1−λ2 = αλ · ∫ λ2 λ1 G(λ)dλ = αλ · F (λ1 − λ2) ·G em uma faixa onde a irradiac¸a˜o assume um valor constante: Gabs,λ1−λ2 = G(λ) · ∫ λ2 λ1 αλdλ (integral = a´rea do gra´fico) Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Abordagem utilizada quando as propriedades relacionadas a` radiac¸a˜o sa˜o seletivas propriedade seletiva e´ aquela que depende do comprimento de onda. abordagem ana´loga pode ser utilizada em problemas de absortividade, emissividade, transmissividade e refletividade seletiva; a avaliac¸a˜o do balanc¸o de energia depende das caracterı´sticas tanto da curva de radiac¸a˜o como do comportamento da propriedade seletiva. de maneira geral, num caso de absorc¸a˜o de uma quantidade G(λ) por uma superfı´cie com αλ: Gabs = Z ∞ 0 αλ ·G(λ)dλ = Z λ1 0 αλ ·G(λ)dλ+ Z ∞ λ1 αλ ·G(λ)dλ em uma faixa onde a emissividade assume um valor constante: Gabs,λ1−λ2 = αλ · ∫ λ2 λ1 G(λ)dλ = αλ · F (λ1 − λ2) ·G em uma faixa onde a irradiac¸a˜o assume um valor constante: Gabs,λ1−λ2 = G(λ) · ∫ λ2 λ1 αλdλ (integral = a´rea do gra´fico) Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Abordagem utilizada quando as propriedades relacionadas a` radiac¸a˜o sa˜o seletivas propriedade seletiva e´ aquela que depende do comprimento de onda. abordagem ana´loga pode ser utilizada em problemas de absortividade, emissividade, transmissividade e refletividade seletiva; a avaliac¸a˜o do balanc¸o de energia depende das caracterı´sticas tanto da curva de radiac¸a˜o como do comportamento da propriedade seletiva. de maneira geral, num caso de absorc¸a˜o de uma quantidade G(λ) por uma superfı´cie com αλ: Gabs = Z ∞ 0 αλ ·G(λ)dλ = Z λ1 0 αλ ·G(λ)dλ+ Z ∞ λ1 αλ ·G(λ)dλ em uma faixa onde a emissividade assume um valor constante: Gabs,λ1−λ2 = αλ · ∫ λ2 λ1 G(λ)dλ = αλ · F (λ1 − λ2) ·G em uma faixa onde a irradiac¸a˜o assume um valor constante: Gabs,λ1−λ2 = G(λ) · ∫ λ2 λ1 αλdλ (integral = a´rea do gra´fico) Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Abordagem utilizada quando as propriedades relacionadas a` radiac¸a˜o sa˜o seletivas propriedade seletiva e´ aquela que depende do comprimento de onda. abordagem ana´loga pode ser utilizada em problemas de absortividade, emissividade, transmissividade e refletividade seletiva; a avaliac¸a˜o do balanc¸o de energia depende das caracterı´sticas tanto da curva de radiac¸a˜o como do comportamento da propriedade seletiva. de maneira geral, num caso de absorc¸a˜o de uma quantidade G(λ) por uma superfı´cie com αλ: Gabs = Z ∞ 0 αλ ·G(λ)dλ = Z λ1 0 αλ ·G(λ)dλ+ Z ∞ λ1 αλ ·G(λ)dλ em uma faixa onde a emissividade assume um valor constante: Gabs,λ1−λ2 = αλ · ∫ λ2 λ1 G(λ)dλ = αλ · F (λ1 − λ2) ·G em uma faixa onde a irradiac¸a˜o assume um valor constante: Gabs,λ1−λ2 = G(λ) · ∫ λ2 λ1 αλdλ (integral = a´rea do gra´fico) Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Abordagem utilizada quando as propriedades relacionadas a` radiac¸a˜o sa˜o seletivas propriedade seletiva e´ aquela que depende do comprimento de onda. abordagem ana´loga pode ser utilizada em problemas de absortividade, emissividade, transmissividade e refletividade seletiva; a avaliac¸a˜o do balanc¸o de energia depende das caracterı´sticas tanto da curva de radiac¸a˜o como do comportamento da propriedade seletiva. de maneira geral, num caso de absorc¸a˜o de uma quantidade G(λ) por uma superfı´cie com αλ: Gabs = Z ∞ 0 αλ ·G(λ)dλ = Z λ1 0 αλ ·G(λ)dλ+ Z ∞ λ1 αλ ·G(λ)dλ em uma faixa onde a emissividade assume um valor constante: Gabs,λ1−λ2 = αλ · ∫ λ2 λ1 G(λ)dλ = αλ · F (λ1 − λ2) ·G em uma faixa onde a irradiac¸a˜o assume um valor constante: Gabs,λ1−λ2 = G(λ) · ∫ λ2 λ1 αλdλ (integral = a´rea do gra´fico) Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Lei de Kirchoff Levando em conta as considerac¸o˜es de balanc¸o te´rmico nas condic¸o˜es de equilı´brio e´ impossı´vel haja troca te´rmica entre corpos a uma mesma temperatura. Esta afirmac¸a˜o implica em que: αλ(φ, θ) = ελ(φ, θ) Superfı´cie Cinza Superfı´cie em que se supo˜e que as condic¸o˜es estabelecidas pela Lei de Kirchoff sa˜o aceitas independente de estarem nas condic¸o˜es de igualdade de temperatura, aˆngulo ou comprimento de onda e, portanto: α = ε Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Lei de Kirchoff Levando em conta as considerac¸o˜es de balanc¸o te´rmico nas condic¸o˜es de equilı´brio e´ impossı´vel haja troca te´rmica entre corpos a uma mesma temperatura. Esta afirmac¸a˜o implica em que: αλ(φ, θ) = ελ(φ, θ) Superfı´cie Cinza Superfı´cie em que se supo˜e que as condic¸o˜es estabelecidas pela Lei de Kirchoff sa˜o aceitas independente de estarem nas condic¸o˜es de igualdade de temperatura, aˆngulo ou comprimento de onda e, portanto: α = ε Obj. Conceitos B.E. Radiac¸a˜o de corpo negro Propriedades Lei de Kirchoff Ambiental Espectro Solar e filtros na atmosfera 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 Comprimento de onda (nm) Espectro da Radiação Solar 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Esp ec tro de Ir rad iaç ão 2 (W /m /n m) 2H O Banda de absorçãoH O2 H O2 H O2 H O2 CO2 O2 O3 UV Visível Infravermelho Radição externa á atmosfera Corpo negro a 5250°C Radiação a nível do mar Fonte: Traduzido de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_spectrum_ita.svgObjetivos Conceitos Fundamentais Espectro Conceitos adicionais Balanço Energético em uma Superfície Radiação de corpo negro A Distribuição de Planck Lei de Stefan Boltzman Propriedades de superfícies reais Emissão de uma superfície Absortividade, Refletividade e Transmissividade Lei de Kirchoff Radiação Ambiental
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