Radiação: Considerações gerais

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1 Estuda-se radiação térmica, cujas origens estão ligadas à emissão da matéria a uma temperatura absoluta T>0 A emissão é devida oscilações e transições electrónicas dos muitos electrões que constituem a matéria que, por sua vez, são mantidos pela energia térmica da matéria A emissão corresponde à energia transferida da matéria (calor) e, portanto, corresponde à redução de energia térmica armazenada na matéria. A radiação também pode ser intersectada e absorvida pela matéria. A absorção resulta em transferência de calor para a matéria e, portanto, corresponde a um amento de energia térmica armazenada na matéria. Considere um sólido à temperatura Ts num recinto fechado com vácuo, cujas paredes estão à temperatura Tsur Que fenómeno ocorre se Ts > Tsur? Porquê Que fenómeno ocorre se Ts < Tsur? Porquê

2 A emissão de gases ou sólidos semi-transparentes ou líquidos é um fenómeno volumétrico. A emissão de sólidos ou líquidos opacos é um fenómeno superficial (com a emissão originária em átomos ou moléculas a 1 μm da superfície). A natureza dual da radiação: Nalguns casos, as manifestações físicas da radiação podem ser explicadas olhando-as como partículas (aka fotões ou quanta). Noutros casos, a radiação comporta-se como uma onda electromagnética.

3 Em qualquer dos casos, a radiação é caracterizada por um comprimento de onda λ e frequência υ que estão relacionados pela velocidade de propagação da radiação no meio em causa, c: λ = c ν No vácuo: c = c o =. x m/s O espectro electromagnético

4 A quantidade de radiação emitida por uma superfície opaca varia com o comprimento de onda, podendo falar-se em distribuição espectral em todos os comprimentos de onda ou de componentes monocromáticas/espectrais associadas a comprimentos de onda específicos.

5 Efeitos direccionais A radiação emitida por uma superfície sê-lo-á em todas as direcções do hemisfério e segundo uma distribuição direccional A direcção pode ser representada em coordenadas esféricas pelo ângulo polar ou zenital θ e pelo ângulo azimutal ϕ.

6 Intensidade de radiação A quantidade de radiação emitida por uma superfície, da1, e que se propaga numa direcção particular, (θ,ϕ), é quantificada em termos de um ângulo sólido diferencial associado à direcção em causa. dω da n 2 r dan elemento unitário de superfície de uma esfera hipotética na direcção (θ,ϕ),

7 Intensidade de radiação 2 dan r d d = sinθ θ φ da dω = n = sinθdθdφ 2 r O ângulo sólido ω tem unidades steradianos (sr). 2π π / sin ωhemi = θdθdφ = πsr Intensidade Espectral : É a quantidade usada para especificar o fluxo de energia radiante (W/m 2 ) num ângulo sólido unitário numa direcção prescrita (W/m 2.sr) e num intervalo unitário de comprimentos de onda (W/m2.sr.μm).

8 Intensidade de radiação A intensidade espectral, I λ, e, associada à emissão de um elemento de área unitário, da 1, num ângulo sólido, dω (em torno de θ, φ ),e num intervalo de comprimento de onda, dλ, (em torno de λ ), é: dq Iλ, e ( λθφ,, ) da θ dω dλ ( cos ) 1 O argumento para definir o fluxo radiativo em termos da área projectada da superfície ( da1 cosθ ) emerge do facto de haver superfícies para as quais, com boa aproximação, é independente da direcção: superfícies difusas, e a radiação é isotrópica. I λ,e A área projectada é como da 1 apareceria Se observada segundo os ângulosθ, φ Quanto vale a área projectada para? θ = 0 Quanto vale a área projectada para θ = π / 2?

9 Intensidade de radiação A taxa de calor espectral e o fluxo de calor espectral associados à emissão a partir de são, respectivamente, da 1 dq dq I ( ) da1 d dλ λ = λ, e λ, θφ, cosθ ω ( ) ( ) dq = I λ, θφ, cos θdω = I λθφ,, cosθ sinθdθdφ λ λ, e λ, e