Emisividad

La emisividad es la proporción de radiación térmica emitida por una superficie u objeto debida a una diferencia de temperatura determinada. Es la transferencia de calor debida a la emisión de ondas electromagnéticas entre dos superficies y no necesita de un medio para llevarse a cabo. Todo cuerpo por encima del cero absoluto emite radiación.

Es una propiedad de los materiales que informa sobre la capacidad o eficiencia de este para emitir radiación comparada con un cuerpo negro

Coeficiente de emisividad

El coeficiente de emisividad (ε), es un número adimensional que relaciona la habilidad de un objeto real para irradiar energía térmica, con la habilidad de irradiar si éste fuera un cuerpo negro:

$\epsilon ={\frac {\mbox{radiacion emitida por una superficie}}{\mbox{radiacion emitida si fuera un cuerpo negro}}}$

Un cuerpo negro, por consiguiente, tiene un coeficiente ε = 1, mientras que en un objeto real, ε siempre se mantiene menor a 1.

Teniendo en cuenta la Ley de Stefan-Boltzmann, la radiación emitida por una superficie real se expresa como una porción de la que emitiría el cuerpo negro y se expresa como:

${{\dot {Q}}_{emitida}}=\epsilon \cdot \sigma \cdot A_{s}\cdot T_{s}^{4}$

Donde:

Q = flujo de calor

$\epsilon$ = emisividad

$\sigma$ = 5.67 E-8 $W/(m^{2}K^{4})$ es la constante de Stefan-Boltzmann

As = área superficial del objeto

Ts = temperatura superficial del objeto

Cuerpo Gris

La emisividad depende de factores como la temperatura, el ángulo de emisión y la longitud de onda. Una suposición usada comúnmente en ingeniería, asume que la emisividad espectral de la superficie y la absortividad no dependen de la longitud de onda, siendo, por lo tanto, ambos constantes. Esta regla se conoce como la suposición del cuerpo gris. Un ejemplo de cuerpo gris es la pizarra.

De esta forma, definimos un cuerpo gris como aquel cuya emisividad es constante ante la longitud de onda. $\epsilon \neq \epsilon (\lambda )$

Cuando se habla de cuerpos no negros, la desviación del comportamiento de un cuerpo negro esta determinada por la estructura geométrica y la composición química, y sigue la ley de Kirchhoff para la radiación térmica: emisividad igual a absortividad (para un objeto en equilibrio térmico). Así un cuerpo que no absorbe toda la radiación, no emite toda la radiación respecto a un cuerpo negro.

Emisividad de la atmósfera

La emisividad de la atmósfera terrestre varía de acuerdo con la capa de nubes y la concentración de los gases que absorben y emiten energía infrarroja (o sea, longitud de onda alrededor de 8 a 14 micrómetros). Estos gases son llamados gases de efecto invernadero, por su efecto en el efecto invernadero. Los principales gases que intervienen en este efecto son el vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano y el ozono. El nitrógeno (N₂) y el oxígeno (O₂), principales constituyentes de la atmósfera, no absorben o emiten la energía infrarroja.

Cuerpo gris astrofísico

La densidad de flujo monocromática emitida por un cuerpo gris a una frecuencia $\nu$ a través de un ángulo sólido $d\Omega$ representado como:

$F_{\nu }=B_{\nu }(T)Q_{\nu }d\Omega$

donde $B_{\nu }$ es la función de Planck para la radiación de un cuerpo negro a una temperatura T y una emisividad $Q_{\nu }$.

Para un medio uniforme de optical depth $\tau _{\nu }$ radiative transfer means that the radiation will be reduced by a factor $e^{-\tau }$. The optical depth is often approximated by the ratio of the emitting frequency to the frequency where $\tau =1$ all raised to an exponent β. For cold dust clouds in the interstellar medium β is approximately two. Therefore Q becomes,

$Q_{\nu }=1-e^{-\tau _{\nu }}=1-e^{-(\nu /\nu _{\tau =1})^{\beta }}$

Emisividad entre dos paredes

${\varepsilon }_{1,2}={\frac {1}{{\frac {1}{\varepsilon _{1}}}+{\frac {1}{\varepsilon _{2}}}-1}}$

Véase también

• Radiación térmica
• Transferencia de calor