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2 Absorção, Reflexão e Transmissão Vimos que a emissão de uma superfície está associada a uma propriedade chamada de emissividade. Para determinar o fluxo radiativo líquido de uma superfície também é necessário levar em conta a absorção, reflexão e transmissão da irradiação. A irradiação espectral G_lambda (W/m²*micrometro) é a taxa na qual a radiação de comprimento de onda lambda é incidente na superfície por unidade de área e por unidade de comprimento de onda. A irradiação total G (W/m²) engloba todas as contribuições espectrais e pode ser avaliada através de: Na situação mais geral a irradiação interage com um meio semitransparente, tal como uma camada de água ou de vidro. Assim a componentes espectrais da irradiação podem ser refletidas, absorvidas e transmitidas. 2/17

3 Absorção, Reflexão e Transmissão A determinação destas componentes costuma ser bastante complexa, dependendo das condições da superfície superior e inferior, do comprimento de onda da radiação, da composição e da espessura do meio. Assim, as condições são altamente influenciadas por efeitos volumétricos. 3/17

4 Absorção, Reflexão e Transmissão Uma situação mais simples e que é aplicável à maioria das aplicações de engenharia considera o meio opaco. Assim a irradiação transmitida é zero; e os fenômenos de absorção e reflexão podem ser tratados como um fenômeno de superfície. Ou seja, eles são controlados por processos que ocorrem a menos de um micrometro da superfície irradiada. Assim, torna-se apropriado dizer que a irradiação é absorvida e refletida pela superfície, com magnitudes relativas que dependem do comprimento de onda e da natureza do material da superfície. É interessante notar que a absorção e reflexão da superfície são responsáveis pela percepção de cor. Exceto nos casos onde a superfície está numa temperatura alta (T s >1000K) de forma a estar incandescente a cor percebida não se deve à emissão (cujo espectro está concentrado na região infravermelha). A percepção de cor deve-se à reflexão e absorção seletiva da porção visível da irradiação que é incidente do sol ou de uma fonte artificial de luz. 4/17

5 Absorção, Reflexão e Transmissão Um objeto torna-se vermelho porque contém pigmentação que preferencialmente absorve as componentes azuis, verdes e amarelas da luz incidente; de forma que estas componentes são diminuídas da radiação refletida e a componente vermelha torna-se dominante. Deve ser claro, porém, que este é um efeito visual. Para uma irradiação prescrita, a cor de uma superfície pode não indicar sua capacidade geral como um absorsor ou refletor, já que muita da radiação pode estar na região infravermelha. Uma superfície branca, por exemplo, é altamente refletiva à radiação visível mas costuma absorver fortemente a radiação infravermelha, aproximando-se do comportamento de um corpo negro em comprimentos de onda grandes. 5/17

6 Absorvidade A absorvidade é uma propriedade que determina a fração da irradiação absorvida por uma superfície. A absorvidade espectral direcional de uma superfície pode ser definida como a fração da intensidade espectral incidente na direção theta-phi que é absorvida pela superfície: Fica implícito que determinadas superfícies podem exibir absorção seletiva em relação ao comprimento de onda e à direção da radiação incidente. Na maioria das aplicações de engenharia, trabalha-se com propriedades que representam médias direcionais. Assim a absorvidade hemisférica espectral é dada por: 6/17

7 Absorvidade Que também pode ser expressa como: Caso a radiação incidente seja difusa e a absorvidade seja independente de phi: 7/17

8 Absorvidade A absorvidade hemisférica total, que representa uma média integrada sobre todas as direções e comprimentos de onda, é definida como a fração da irradiação total absorvida pela superfície: Como a absorvidade depende da distribuição espectral da irradiação, o seu valor para uma superfície exposta à radiação solar pode ser diferente do seu valor para uma superfície exposta à radiação de comprimento de onda maior originado de uma fonte a uma temperatura menor. 8/17

9 Refletividade Refletividade é a propriedade que determina a fração da radiação incidente refletida pela superfície. Entretanto, sua definição específica pode ter diversas formas, pois a propriedade é inerentemente bidirecional. Ou seja, dependendo da direção da radiação incidente, ela também depende da direção da radiação refletida. Evitaremos esta questão específica ao se trabalhar exclusivamente com uma refletividade que representa uma média hemisférica associada com a radiação refletida. Assim, a refletividade espectral direcional é dada é dada como a fração da intensidade espectral incidente na direção theta-phi, que é refletida pela superfície: A refletividade espectral hemisférica é dada como a fração da intensidade irradiativa incidente que é refletida pela superfície: 9/17

10 Refletividade Que é equivalente a: E a refletividade hemisférica total é dada por: 10/17

11 Refletividade As superfícies podem ser idealizadas como difusas ou especulares. A reflexão difusa ocorre quando, independente da direção da radiação incidente, a intensidade da radiação refletida é independente do ângulo de reflexão. Em contraste, se toda a reflexão se dá no ângulo theta_2, que é igual ao ângulo incidente theta_1, a reflexão é dita especular. A hipótese de reflexão difusa é razoável para a maioria das aplicações de engenharia. 11/17

12 Transmissividade Apesar do tratamento de um material semitransparente à radiação incidente ser um problema extremamente complexo, resultados razoáveis podem ser obtidos através do uso das transmissividades hemisféricas, definidas como: 12/17

13 Considerações Especiais Vimos anteriormente que para um meio semitransparente: Se o meio for opaco, inexiste transmissão, tal que: A distribuição espectral da refletividade e absorvidade de alguns materiais estão presentes na Fig parar diversos materiais considerados opacos. Materiais como água e vidro, semitransparentes a pequenos comprimentos de onda, tornam-se opacos em comprimentos de onda maiores. Este comportamento está presente na figura 12.23, que mostra a transmissividade espectral de diversos materiais semitransparentes. Essas propriedades são importantes na seleção de materiais envolvidos na aplicação de coletores solares e na especificação de materiais para a fabricação de componentes ópticos para sistemas de imagem infravermelha. 13/17

14 Dependência Espectral da Absorvidade e Refletividade 14/17

15 Dependência Espectral da Transmissividade 15/17

16 Exemplo /17

17 Exemplo /17

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