L’irraggiamento termico è il trasferimento di energia tramite radiazione elettromagnetica emessa dai corpi a causa della loro temperatura. A differenza di conduzione e convezione, non richiede un mezzo materiale: può avvenire anche nel vuoto, come nel trasferimento di energia dal Sole alla Terra o nel raffreddamento radiativo di superfici esposte al cielo.
Per una superficie grigia e diffusa che emette verso l’ambiente, la potenza emessa è descritta dalla legge di Stefan-Boltzmann:
dove A è l’area, T la temperatura assoluta in kelvin, \sigma la costante di Stefan-Boltzmann e \varepsilon l’emissività della superficie, compresa tra 0 e 1. Un corpo nero ideale ha \varepsilon=1; una superficie reale emette meno di un corpo nero alla stessa temperatura.
Lo scambio netto con un grande ambiente isoterma a temperatura T_\infty è spesso scritto come:
Il segno dipende dalla differenza tra la temperatura della superficie T_s e quella dell’ambiente. Poiché la dipendenza è alla quarta potenza, l’irraggiamento diventa molto rilevante ad alta temperatura: forni, combustori, scambi termici in camera di combustione, isolamento di tubazioni calde e protezione termica aerospaziale non possono essere trattati con soli modelli convettivi.
Tra due superfici finite conta anche la geometria. Il fattore di vista F_{12} misura la frazione della radiazione uscente dalla superficie 1 che raggiunge direttamente la superficie 2. In forma generale lo scambio radiativo dipende quindi da temperatura, emissività, area, orientamento, ombreggiamento e proprietà spettrali delle superfici.
La distribuzione spettrale dell’emissione è descritta dalla legge di Planck. La legge di Wien indica invece la lunghezza d’onda alla quale l’emissione di un corpo nero è massima:
Al crescere della temperatura il massimo si sposta verso lunghezze d’onda più corte. Per temperature ordinarie l’emissione è soprattutto infrarossa; per temperature molto elevate può diventare visibile.
In calcolo tecnico è frequente linearizzare localmente lo scambio radiativo:
dove h_r è un coefficiente radiativo equivalente. Questa forma è utile per combinare irraggiamento e convezione, ma vale solo intorno a un intervallo ristretto di temperature. Un errore comune è usare gradi Celsius nelle potenze quarte: nelle leggi radiative la temperatura deve essere sempre assoluta.
Vedi anche: trasmissione del calore, irraggiamento fattori vista esercizi.