Legge di Kirchhoff

La legge di Kirchhoff relativa allo scambio di calore per irraggiamento stabilisce che, per una data lunghezza d'onda e a una data temperatura, che sia la temperatura di equilibrio termodinamico, i valori dell'assorbività e dell'emissività di un corpo sono uguali.

Nel caso specifico di un corpo nero tali valori sono unitari su tutto lo spettro elettromagnetico. Si definiscono invece corpi grigi quei corpi nei quali i valori dell'emissività e dell'assorbività sono uguali e costanti lungo l'intero spettro, ma sono inferiori all'unità. Per i corpi reali i valori dell'emissività e dell'assorbività monocromatiche sono sempre inferiori all'unità e variano in generale con la lunghezza d'onda.

I valori dei coefficienti di emissività e assorbività dei materiali usati nei calcoli ingegneristici sono normalmente i valori mediati sullo spettro, riferiti alla radiazione solare e a una temperatura di riferimento dell’oggetto. Tali valori, sempre inferiori all'unità, possono differire notevolmente fra loro.

Formulazione

La legge di Kirchhoff sulla radiazione termica, nella sua formulazione originale, afferma che il coefficiente di assorbimento della radiazione termica, α, è uguale all'emissività della radiazione termica, ϵ. Ciò vale in condizioni di equilibrio termico (ovvero, per l'assorbimento e l'emissione dello stesso spettro luminoso).

Tuttavia, la legge può essere estesa all'assorbanza e all'emissività in funzione della lunghezza d'onda: non solo l'emissività termica è uguale all'assorbanza in generale, ma inoltre essa è uguale per ogni lunghezza d'onda. Pertanto, per ogni lunghezza d'onda λ, sarà vero che α(λ) = ϵ(λ). Espresso in funzione della lunghezza d'onda, il principio è indipendente dal requisito dell'equilibrio termico.

Ad esempio, consideriamo una foglia. Una foglia assorbe poco la luce di colore verde (intorno ai 470 nm), ed è proprio per questo che essa appare verde. Inoltre, per il principio del bilancio dettagliato, è anche un emettitore poco efficiente di luce verde. In altre parole, se un materiale è scuro (assorbe bene la luce) a una certa frequenza ν, allora la sua radiazione termica sarà intensa (emette bene la luce) alla stessa frequenza ν.

Collegamenti esterni

• (EN) Kirchhoff’s radiation law, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.