Domanda riscaldamento a infrarossi
Salve a tutti, ho un paio di domande riguardanti il riscaldamento a infrarossi.
Prima domanda: viste le leggi dell'irraggiamento (Boltzman, Wien, Planck ecc..), non sarebbe più conveniente scaldare usando luce ultravioletta? (questo perché essendo minore la lunghezza d'onda della radiazione, "l'oggetto" emittente dovrebbe avere una temperatura maggiore e quindi per Boltzman dovrebbe trasmettere maggiore potenza)
Seconda domanda: sento spesso dire che la "parte" di raggi solari che noi avvertiamo come calore è proprio quella infrarossa, per contro, so che molti gas presenti nell'atmosfera, CO2 in primis, sono opachi all'infrarosso (vedi effetto serra) allora mi chiedo, come è possibile che questa radiazione non solo attraversi l'atmosfera, ma che sia anche la principale forma di riscaldamento
Forse le mie domande sono correlate, in attesa di risposta vi ringrazio per il tempo dedicatomi.
Prima domanda: viste le leggi dell'irraggiamento (Boltzman, Wien, Planck ecc..), non sarebbe più conveniente scaldare usando luce ultravioletta? (questo perché essendo minore la lunghezza d'onda della radiazione, "l'oggetto" emittente dovrebbe avere una temperatura maggiore e quindi per Boltzman dovrebbe trasmettere maggiore potenza)
Seconda domanda: sento spesso dire che la "parte" di raggi solari che noi avvertiamo come calore è proprio quella infrarossa, per contro, so che molti gas presenti nell'atmosfera, CO2 in primis, sono opachi all'infrarosso (vedi effetto serra) allora mi chiedo, come è possibile che questa radiazione non solo attraversi l'atmosfera, ma che sia anche la principale forma di riscaldamento
Forse le mie domande sono correlate, in attesa di risposta vi ringrazio per il tempo dedicatomi.
Risposte
Ci sarebbe da scrivere un trattato per essere completi, e probabilmente di mezzo ci sono ancora fenomeni ignoti alla Scienza. Cerco di rispondere in base alla mia conoscenza.
Per la prima domanda, ipotizzo che proprio perché l'ultravioletto è molto più energetico dell'infrarosso e a parità di energia da fornire all'oggetto la durata della trasmissione di calore è minore, sarebbe più difficile controllare quanto calore assorbe effettivamente l'oggetto da riscaldare, richiedendo quindi meccanismi di controllo delicati e costosi. Principalmente una questione di tecnologia e ingegneria, insomma.
Inoltre, in generale, più la lunghezza d'onda è inferiore, più la stessa è penetrante (pensa ai raggi X delle radiografie), ma anche le microonde, di lunghezza d'onda maggiore degli infrarossi, mostrano effetti penetranti a differenza degli infrarossi. Dipende anche dal riscaldamento richiesto (se bisogna riscaldare la superficie di un oggetto oppure la parte più interna). Infatti il forno a microonde è noto essenzialmente perché cuoce i cibi da dentro mettendone in agitazione le molecole d'acqua, mentre un forno elettrico o a gas, che trasmette l'energia sotto forma di raggi infrarossi, cuoce da fuori. Essenzialmente un'onda mette in risonanza oggetti e quindi molecole di dimensioni dell'ordine di grandezza della lunghezza dell'onda stessa (se a un concerto, anche di musica leggera, ti metti di fronte al subwoofer, ti senti vibrare, perché essendo onde di bassa frequenza e quindi alta lunghezza d'onda ti mettono in risonanza il petto. Sono onde sonore e nel vuoto non si propagano a differenza di quelle elettromagnetiche ma il principio è lo stesso, sono diversi gli ordini di grandezza dei fenomeni analizzati).
La differenza di penetrazione tra microonde e infrarossi non sarà la stessa che c'è fra ultravioletti e infrarossi, ma c'è comunque.
Per la seconda, se quei gas non ci fossero, essenzialmente bruceresti. Più in generale, verrebbero meno le condizioni per la vita, per un insieme di questioni non solo legate a una questione di temperature a livello del suolo (ad esempio, la CO2 che hai citato alimenta il ben noto ciclo della fotosintesi clorofilliana, in assenza della quale la fotosintesi stessa cesserebbe e verrebbe meno la principale fonte di ossigeno molecolare, ma è anche vero che una temperatura eccessiva potrebbe determinare la morte delle piante). Quei gas che citi essenzialmente sono lì per assorbire quel tanto di energia in eccesso che creerebbe danni. Al suolo, grazie alla presenza di quei gas, arriva la quantità di energia necessaria, ma un eccesso di quei gas aumenta la rilevanza dei fenomeni di riflessione delle lunghezze d'onda che riescono sì a penetrare lo strato, ma poi escono con più difficoltà (questo fondamentalmente è l'effetto serra). In assenza di essi, invece, troppa energia raggiungerebbe il suolo.
Ma probabilmente con la prima risposta ho risposto a tutte e due le domande, se per "principale forma di riscaldamento" non intendi esclusivamente l'energia solare (non quella trasformata dall'uomo in energia elettrica, ma proprio quella che come sale il sole fa aumentare le temperature portando alla massima del giorno).
Per la prima domanda, ipotizzo che proprio perché l'ultravioletto è molto più energetico dell'infrarosso e a parità di energia da fornire all'oggetto la durata della trasmissione di calore è minore, sarebbe più difficile controllare quanto calore assorbe effettivamente l'oggetto da riscaldare, richiedendo quindi meccanismi di controllo delicati e costosi. Principalmente una questione di tecnologia e ingegneria, insomma.
Inoltre, in generale, più la lunghezza d'onda è inferiore, più la stessa è penetrante (pensa ai raggi X delle radiografie), ma anche le microonde, di lunghezza d'onda maggiore degli infrarossi, mostrano effetti penetranti a differenza degli infrarossi. Dipende anche dal riscaldamento richiesto (se bisogna riscaldare la superficie di un oggetto oppure la parte più interna). Infatti il forno a microonde è noto essenzialmente perché cuoce i cibi da dentro mettendone in agitazione le molecole d'acqua, mentre un forno elettrico o a gas, che trasmette l'energia sotto forma di raggi infrarossi, cuoce da fuori. Essenzialmente un'onda mette in risonanza oggetti e quindi molecole di dimensioni dell'ordine di grandezza della lunghezza dell'onda stessa (se a un concerto, anche di musica leggera, ti metti di fronte al subwoofer, ti senti vibrare, perché essendo onde di bassa frequenza e quindi alta lunghezza d'onda ti mettono in risonanza il petto. Sono onde sonore e nel vuoto non si propagano a differenza di quelle elettromagnetiche ma il principio è lo stesso, sono diversi gli ordini di grandezza dei fenomeni analizzati).
La differenza di penetrazione tra microonde e infrarossi non sarà la stessa che c'è fra ultravioletti e infrarossi, ma c'è comunque.
Per la seconda, se quei gas non ci fossero, essenzialmente bruceresti. Più in generale, verrebbero meno le condizioni per la vita, per un insieme di questioni non solo legate a una questione di temperature a livello del suolo (ad esempio, la CO2 che hai citato alimenta il ben noto ciclo della fotosintesi clorofilliana, in assenza della quale la fotosintesi stessa cesserebbe e verrebbe meno la principale fonte di ossigeno molecolare, ma è anche vero che una temperatura eccessiva potrebbe determinare la morte delle piante). Quei gas che citi essenzialmente sono lì per assorbire quel tanto di energia in eccesso che creerebbe danni. Al suolo, grazie alla presenza di quei gas, arriva la quantità di energia necessaria, ma un eccesso di quei gas aumenta la rilevanza dei fenomeni di riflessione delle lunghezze d'onda che riescono sì a penetrare lo strato, ma poi escono con più difficoltà (questo fondamentalmente è l'effetto serra). In assenza di essi, invece, troppa energia raggiungerebbe il suolo.
Ma probabilmente con la prima risposta ho risposto a tutte e due le domande, se per "principale forma di riscaldamento" non intendi esclusivamente l'energia solare (non quella trasformata dall'uomo in energia elettrica, ma proprio quella che come sale il sole fa aumentare le temperature portando alla massima del giorno).
Ok quindi per quanto riguarda la prima domanda, se ho capito bene, riscaldare con l'ultravioletto sarebbe sicuramente un processo più rapido e penetrante ma appunto per questo motivo difficile da controllore e volendo anche dannoso.
Per quanto riguarda la seconda domanda, intendevo dire, se l'infrarosso viene in buona parte assorbito/riflesso dall'atmosfera (per fortuna) mentre ad esempio la luce "visibile" entra ed esce senza problemi, come mai il fenomeno del riscaldamento è imputato proprio all'infrarosso e non ad esempio alla luce visibile?
Per quanto riguarda la seconda domanda, intendevo dire, se l'infrarosso viene in buona parte assorbito/riflesso dall'atmosfera (per fortuna) mentre ad esempio la luce "visibile" entra ed esce senza problemi, come mai il fenomeno del riscaldamento è imputato proprio all'infrarosso e non ad esempio alla luce visibile?
Probabilmente la spiegazione sta nel fatto che se tutti i corpi assorbissero il visibile il mondo intero sarebbe nero. Invece il mondo è colorato, quindi o gran parte del visibile non è assorbita in modo apprezzabile per determinare un riscaldamento, oppure il Sole emette la maggior parte dell'energia soprattutto nell'infrarosso, e il visibile emesso è insufficiente per determinare il riscaldamento di un oggetto ad esso esposto. Comunque lo ripeto, ci sarebbe da farci una disquisizione, può darsi che anche il visibile contribuisca a un certo riscaldamento di base. In generale, nulla si crea e nulla si distrugge, tutto si trasforma. O in qualche determinata cosa si trasforma poco, o quel tanto in cui è trasformato non viene assorbito. È un discorso interessante legato anche ai cicli solari.
D'altro canto anche un LED si riscalda, perciò potrebbe anche essere difficile riscaldare qualcosa con energia visibile (certo, esistono i laser, ma quella è luce concentrata, non diffusa su una superficie).
D'altro canto anche un LED si riscalda, perciò potrebbe anche essere difficile riscaldare qualcosa con energia visibile (certo, esistono i laser, ma quella è luce concentrata, non diffusa su una superficie).
Capisco, dunque grazie mille per le risposte e per la disponibilità
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