Torniamo a come si può trasmettere il calore:
Conduzione
E’ il meccanismo con il quale il calore si trasmette tra due corpi a contatto.


- nei nostri pannelli la conduzione di calore è un fenomeno presente.... lo vedremo

Irraggiamento Termico
dove il calore fluisce da un corpo a temperatura maggiore verso un corpo a temperatura minore, quando i corpi non sono a contatto ma sono separati dal vuoto o da un mezzo non opaco alle radiazioni elettromagnetiche.
- questo meccanismo di trasmissione è molto importante per la definizione e la ricerca in corso sulla vernice selettiva.

Convezione

E' lo scambio di calore tra un solido ed un fluido (aria nel nostro caso).

La trasmissione del calore avviene in due stadi: il calore passa innanzitutto per conduzione dalla superficie del solido delle particelle di fluido immediatamente adiacenti, con aumento dell’energia interna e della temperatura delle particelle stesse. Poi, le particelle si spostano verso zone del fluido a temperature minore e nel mescolamento cedono alle altre particelle parte dell’energia acquistata.

Focalizziamo la nostra attenzione sull'irraggiamento.

IRRAGGIAMENTO TERMICO
Il sole scalda (noi e il pannello solare) attraverso l’irraggiamento. Questo meccanismo (a differenza degli altri 2) non necessita della presenza di materia, infatti l’energia (o calore) viaggia sotto forma di onde elettromagnetiche e può propagarsi anche nel vuoto (l’unico sistema di trasmissione di calore che avviene nel vuoto).
L’irraggiamento ha delle caratteristiche uniche e peculiari:
-E’ il meccanismo di trasferimento di calore più veloce (avviene alla velocità della luce) e può avvenire in tutti i mezzi (solidi,liquidi o gas).
-E’ l’unico sistema di scambio di calore che può interessare il mezzo di trasmissione a temperatura più bassa di entrambi i corpi scambianti calore (si pensi alla temperatura dello spazio siderale;inoltre negli altri due metodi il flusso di calore si ha da un mezzo a temperatura più alta ad uno a temperatura più bassa)
-E’ l’unico meccanismo di scambio termico che si ha nel vuoto (il vuoto arresta gli altri 2 scambi termici, importante concetto usato nei pannelli solari sotto vuoto).
-Tutti i corpi emettono calore per irraggiamento ( essendo la loro temperatura è diversa dallo 0 assoluto ), e l’intensità dipende dalla temperatura e dalla natura della superficie. Questo punto è molto importante teniamolo a mente per la vernice selettiva.
-Infine lo scambio termico per irraggiamento aumenta di importanza all’aumentare della temperatura di un corpo (teniamo a mente anche questo elemento).

Proviamo a descrivere il processo storico che ha portato a definire l’irraggiamento termico e del motivo per cui si arriva alle onde elettromagnetiche quando si parla di calore.

Nel 1864 Maxwell ipotizza l’esistenza di onde elettromagnetiche (campi elettrici e magnetici) di fatto cambia l’approccio introducendo un sistema di campi attualmente ancora valido, inoltre tale teoria è considerata a tutt’oggi una delle migliori teorie espresse dall’uomo.
20 anni dopo Hertz (1887) dimostrò sperimentalmente l’esistenza di tali onde elettromagnetiche, e come onde esse trasportano energia. Si noti che Maxwell ne ipotizzava l’esistenza per costruire la sua teoria.

Cosa sono queste Onde elettromagnetiche? Sono onde :-) e come tali sono caratterizzate da lunghezza d’onda e frequenza (indicate con le lettere l e v ed una loro energia. Proviamo a spiegare i concetti di lunghezza d’onda, frequenza ed energia.
Facciamo un esempio di una semplice onda (anche se le onde elettromagnetiche.. sono qualcosa di più complesso, ma non poi più di tanto) possiamo fare riferimento ad una singola onda che si forma in uno stagno quando tiriamo un sasso dentro.
L’onda che si crea sullo stagno è circolare (trascuriamo questo particolare) e si vede che si propaga con delle creste e avvallamenti nell’acqua. Appunto si propaga….. (attenzione al concetto di propagazione). Immaginiamo di fare una foto istantanea a quest’onda (fermiamo il tempo). Vediamo che lo spazio tra le creste è simile (ipotizziamo allora che le creste siano alla stessa distanza), quindi spazialmente l’onda è caratterizzata da creste che distano quella distanza, appunto l’onda è una lunghezza multipla di quella lunghezza di una singola ondina (cresta, avvallamento, sino alla cresta successiva). Questa lunghezza è chiamata “lunghezza d’onda” che viene definita come distanza tra due creste. Se dovessi descrivere a qualcuno il comportamento nello spazio (cioè nella foto istantanea) di quest’onda avrei bisogno di conoscere solo la lunghezza cresta-cresta (lunghezza d’onda), poiché l’onda si ripete esattamente per le altre ondine.
Possiamo alla frequenza di quest’onda, ora stando sullo stagno prendiamo un punto fisso nello spazio (fermiamo lo spazio) come se ci mettessimo un tappo di sughero che balla sull’onda.
Se il tappo fosse fermo in un punto dello stagno vedremmo il tappo salire e scendere con una certa frequenza. Questa frequenza la chiamiamo (stranamente…..) “frequenza dell’onda”. Se dovessi descrivere il comportamento di questo punto nel tempo (e quindi dell’onda) dovrei misurare soltanto il tempo in cui il tappo passa dalla sua altezza massima (passando per la minima) alla sua altezza massima (detto periodo ) o il suo inverso cioè la frequenza .
Ora frequenza e lunghezza d’onda sono legate…… in che modo?
La legge viene da una formula nota ad Aristolele 384-322 a.C (non spaventa….la voragine temporale? 300 aC a 1900???, vabbè…)
Spazio=velocità * Tempo
Usando i concetti dell’onda
l= velocità * Tempo (lunghezza d’onda=…)
l=velocità /v (lunghezza d’onda=velocità/ frequenza)
l= c/v (lunghezza d’onda=velocità nel mezzo/frequenza)
Ora nelle onde elettromagnetiche “c” è la velocità dell’onda nel mezzo in cui si trasmette l’onda stessa.

Matematicamente esistono degli strumenti per procedere con le onde….. ma li tralasciamo per rendere il discorso interessante a chi non mastica matematica, ma sa vedere benissimo cosa accede in uno stagno ed è vissuto senza matematica sino ad oggi.
Ora veniamo al concetto di energia di quest’onda.
Nel 1900 Max Plank (soltanto nel 1900……. Circa 100 anni fa) calcolava l’energia delle onde elettromagnetiche ( o pacchetti di fotoni o quanti con frequenza v)
Energia=h*v
Cosa dice questa formula?
L’energia di un’onda è maggiore a frequenza maggiore e quindi lunghezza d’onda minore (è proporzionale alla frequenza….direbbe qualcuno) con un coefficiente costante chiamato (costante di Plank in onore allo scopritore). Infatti non è un caso che raggi x siano dannosi…. Poiché ad alta energia. (In effetti anche nello stagno o nel mare se la frequenza dell'onda sarebbe + alta ci aspettiamo una energia maggiore.... Si pensi ad un pallone in un mare calmo ...... od ad un pallone in un mare con onde o cavalloni....o a quest'onda che balla sempre più rapidamente....). Ritorniamo alle onde elettromagnetiche.
Si intuisce che queste onde elettromagnetiche, anche se hanno una stessa natura, hanno comportamenti molto diversi al variare della frequenza.
Si è definito l’intera gamma di queste onde elettromagnetiche dalle onde radio, ai raggi gamma o ai raggi cosmici definendo lo spetto delle onde elettromagnetiche…… La luce ne rappresenta una parte …piuttosto piccola.
Possiamo vedere lo spettro su wikipedia
http://it.wikipedia.org/wiki/Spettro_elettromagnetico
Andando a vedere la banda dell’infrarosso (700 nm e 1 mm..) si può intuire come mai ci siamo imbarcati in una discussione sulle onde elettromagnetiche, poiché questa banda è associata al concetto di calore e radiazione termica.

io continuo a seguirti, dove vuoi parare ?

Ciao wroclaw,
mi fa piacere vederti anche qui......
Dove vorrei arrivare? ora provo a spiegarlo:
- da un lato descrivere il funzionamento teorico di una piastra assorbente di un pannello solare, che coinvolge tutte e tre le trasmissioni di calore (sotto vuoto non si ha la sola convezione),
- da un altro lato provare a spiegarne il funzionamento pratico anche per chi non ha mai incontrato integrali tripli nella sua vita (ed è vissuto bene ...se non meglio) così conoscendo le basi della teoria puo' lanciarsi nella mischia,
- provare a convogliare esperienze di persone che lavorano su campi diversi e spingerli a mettersi in gioco con le loro idee e approcci (diversi appunto) che provengono da mondi diversi (teorici, pratici, sperimentali, di aggiustaggio.....) ... mondi oggi troppo settoriali e separati da pareti stagne (il chimico incontra il carrozziere solo quando gli porta l'auto che non funge e paga il conto..... :-) ). Con internet cambia tutto......[mi raccomando teniamolo libero...almeno questo!].
- provare a tirare in ballo gli esperti di qualche settore: il chimico, il fabbro, il carrozziere, l'impiantista termico.....
- fornire l'idea che l'attività scientifica nella storia umana.... è stata una sequenza di prove e test, spesso anche sbagliati (ma ritenuti corretti per anni o secoli o viceversa corretti ma ritenuti sbagliati [e dobbiamo tenere in conto che anche le attuali teorie....lo siano]) e la nostra ostentazione sulla conoscienza scientifica è troppo spesso una attività falsa e nasconde lacune (che volutamente o meno) EVITIAMO DI SEGNALARE; coprendoci dietro un mondo di formule, che matematicamente funzionano, ma sono altro rispetto al mondo fisico reale. Si vuole che si sappia che noi conosciamo...magari solo xè siamo in grado di salire su un automobile o su uno shuttle.
- Condividere la teoria che conosco su questo campo (oggi noto come energie alternative, un tempo chiamato dai pionieri ( e da noi) la "free energy" con altre persone, depurata di informazione che ritengo superflue e depistanti (.....Si vuole che si sappia che noi conosciamo...). Tutto questo per dare, da parte mia, un poco (un epsilon) di spinta a questa energia alternativa...
- infine ottenere un metodo (o se vuoi una vernice) che migliora l'efficienza di una piastra assorbente di un pannello solare anche di poco (un epsilon) . E sicuramente questo ultimo punto, anche se rappresenta lo scopo di tutto il lavoro, è quello + trascurabile....

ciao
sun_son

Il sole emette nella banda di lunghezza d'onda 0.1 um 3 um ed compresa nel campo visibile, parte nella radiazione ultravioletta ed infrarossa (gli ultravioletti sono nocivi alle forme viventi…. Fuori dell’atmosfera il 12% dell’energia solare è nella banda degli ultravioletti, lo ozono ne arresta una parte sostanziale….ma stiamo consumando anche lo ozono…come? Con il freon ad esempio).
I corpi a temperatura ambiente emettono una radiazione che va da 0.76 a 100 um.



Si notino nel grafico sia la banda della radiazione termica (thermal radiation), che la banda del visibile ( ne è un sottoinsieme). La radiazione termica prende parte dell’ultravioletto, tutta la banda del visibile e parte dell’infrarosso.
Da questo si dovrebbe intuire come mai il colore di un oggetto (banda visibile che l’occhio riesce a percepire) ha poco a che vedere con la radiazione termica (o emissione termica) dello stesso, poiché la banda del visibile rappresenta solo una piccola parte dello spettro della radiazione termica.
Un esempio….normalmente solo guardando un oggetto non riusciamo a capire la sua temperatura (dobbiamo toccarlo o avvicinarci) questo se non raggiunge temperature così elevate da diventare incandescente
Alcuni animali (i serpenti a sonagli per esempio) o speciali telecamere….estendono la nostra banda del visibile e riescono a “vedere” …. parte degli infrarossi (“vedendo” le temperature degli oggetti)
Il colore di un oggetto dipende dalle caratteristiche di emissione e assorbimento nella banda del visibile (e non in tutta la banda della radiazione termica). Quindi un oggetto è verde se, illuminandolo con il sole (o altra sorgente) riflette il verde (radiazione elettromagnetica, nella banda del visibile, con frequenza relativa al colore verde) e assorbe gli altri colori.
Un oggetto di color nero assorbe tutti i colori (le radiazioni nella banda del visibile), mentre uno bianco li riflette tutti. Parliamo ovviamente della banda del visibile.
In effetti il comportamento nella banda del visibile e quello fuori da questa banda può essere diverso. Infatti se si considera la pittura bianca essa riflette tutti i colori del visibile, ma risulta nera nella banda degli infrarossi poiché assorbe le radiazioni in tale banda.
Mentre le superfici verniciate di nerofumo hanno un comportamento simile al “corpo nero” il corpo che per definizione è un perfetto assorbitore ed un perfetto emettitore di radiazioni per ogni temperatura e lunghezza d’onda.
Quindi il nostro nerofumo somiglia molto ad un corpo perfetto che è un perfetto assorbitore ma anche (e purtroppo per noi in questo caso ) un perfetto emettitore.
Diciamo che per realizzare una piastra assorbente ideale, ci servirebbe un oggetto che assorba tutta l’energia solare e non la riemetta.
Vediamo come questo può essere fatto….o avviciniamoci a questo.....
Lo vediamo la prox volta
ciao
sun_son

Salve a tutti.
Ciao Sun_Son, se ho capito bene, un oggetto "nero" assorbe la maggior parte delle radiazioni, e non le riemette fino a che non sale di temperatura. A quel punto restituisce molto di quello che ha "preso". Più sale la temperatura e più riemette. Allora non si potrebbe trovare un sistema per assorbire il calore e mantenerlo il più freddo possibile, e poi "concentrare" il calore in un altro posto? Ad esempio, se il fluido che raccoglie il calore fosse un gas, potrebbe venir compresso all'uscita del pannello, e concentrare il calore in uno scambiatore per l'acqua calda. Addirittura si potrebba far espandere il gas nel pannello e mantenere la temperatura di poco sopra a quella ambientale. Capisco che è macchinoso e probabilmente si perderebbe qualcosa per strada. Ma è un'idea fattibile oppure ho detto una cavolata?
Comunque la disquisizione che porti avanti è interessante, aiuta molto a chiarire le idee.
Saluti.
Ferro

Ciao Ferro,
non è una cavolata... ma ci dobbiamo tornare con calma sulla tua idea.
Il problema è che il nerofumo (similmente al corpo nero) assorbe ed emette....a tutte le temperature (come ogni altro oggetto) ma il nero fa del suo meglio .... :-) sia in assorbimento che in emissione.
Grazie dell'attenzione...
proviamo ad andare avanti nella discussione.... poichè vorrei arrivare alle superfici selettive.... argomento di questo lavoro.

Si definisce “corpo nero” un corpo ideale che a parità di temperatura emette e assorbe + di ogni altro corpo.
Si utilizza come riferimento per alcune definizioni dei corpi reali.
Sino ad ora abbiamo parlato di quanto un corpo emette, in termini discorsivi, ora definiamo una grandezza che ne caratterizza un valore.
Definiamo ora l’emissività di una superficie ( poiché per molti corpi opachi es metalli legni etc.. l’emissività è un effetto superficiale ) è il rapporto tra la radiazione emessa da questa superficie e la radiazione emessa dal corpo nero ad una certa temperatura. La chiamiamo “e” ed è compresa tra 0 e 1. quando vale 0 non emette nulla, se vale 1 emette quanto un corpo nero, cioè il massimo.
L’emissività varia con la temperatura, con la lunghezza d’onda e con la direzione della radiazione emessa. Noi considereremo l’emissività mediata su tutte le lunghezze d’onda e in tutte le direzioni.
Ora definiamo il coefficiente di assorbimento di una superficie, come il rapporto tra la radiazione assorbita su quella incidente.
Cosa particolare da notare è che il coefficiente di assorbimento, contrariamente a quello di emissività, è praticamente indipendente dalla temperatura della superficie ma dipende dalla temperatura della sorgente.
sun_Son
alla prox

Aggiungiamo che uno stesso materiale può avere un coefficiente di assorbimento diverso in funzione delle diverse sorgenti, un caso tipico che si presenta è del cemento utilizzato in una abitazione, che ha un coefficiente di assorbimento uguale a 0.9 per la radiazione degli alberi ( con la temperatura della sorgente di 300°k ) e 0.6 per la radiazione del sole a (5700°K). Fattore da tenere a mente.
Ora proviamo a saltare tutta una serie di definizioni (fondamentali per la teoria, ma che renderebbero troppo noioso il discorso sui pannelli solari) come il coefficiente di riflessione o trasmissione, e il teorema di kirchhoff e arriviamo (finalmente) al nostro pannello solare.
La piastra assorbente di un pannello solare ha un guadagno di calore (energia) uguale alla differenza tra l’energia solare assorbita dalla piastra e la radiazione persa dall’emissione della superficie della piastra stessa. Quindi vengono coinvolti i due coefficienti di cui stavamo parlando l’emissività e il coefficiente di assorbimento.
Riportiamo il coefficiente di assorbimento e l’emissività del colore nero.
l’emissività=97% , coefficiente di assorbimento=97%.
Il nero assorbe molto (quasi tutta la radiazione solare) ma perde anche l’ammontare di energia causata dell’emissione della superficie.
Un pannello solare ideale dovrebbe avere un assorbitore con la massima assorbenza per le lunghezze d’onda e direzione dove l’energia solare raggiunge la superficie stessa mentre minima emissività per tutte le altre lunghezze d’onda o direzioni.
Vediamo ora del rame….
Rame lucido
l’emissività=3% , coefficiente di assorbimento=18%. (per questo si consigliava di non colorare di nero la faccia sottostante…ma lasciarla rame naturale).

Rame ossidato
l’emissività=75% , coefficiente di assorbimento=65%.

Ora proviamo a vedere alcuni materiali che ci interessano
Metalli placcati:
Ossido di nickel nero
l’emissività=8% , coefficiente di assorbimento=92%.
Cromo nero
l’emissività=9% , coefficiente di assorbimento=87%.
Vediamo che hanno qualità interessanti….
Infine vediamo la vernice bianca
.. l’emissività=93% , coefficiente di assorbimento=14%.

Cerchiamo di capire la differenza tra queste superfici in termini quantitativi provando ad illuminare 4 diverse superfici
1) una superficie con emissività=90% , coefficiente di assorbimento=90% (simile ad un nero fumo, una superficie assorbente grigia)
2) . una superficie con emissività=10% , coefficiente di assorbimento=10% (superficie riflettente grigia)
3) . una superficie con emissività=10% , coefficiente di assorbimento=90% (superficie assorbente selettiva)
4) . una superficie con emissività=90% , coefficiente di assorbimento=10% (superficie riflettente selettiva)
Copriamo in questo i casi diversi che possono interessarci.
Proviamo ora a fornire valori numerici, calcolati teoricamente, per renderci conto della differenza tra le varie superfici. Se ipotizziamo l’energia solare incidente sulle superfici circa di 670W/m^2 avremmo nei 4 casi una potenza termica scambiata nei diversi casi :
1) 300 W/m^2 con efficienza del 44.7%
2) 30 W/m^2 con efficienza del 4.47%
3) 570 W/m^2 con efficienza del 85%
4) -230 W/m^2 con efficienza del -34.3%
Analizziamo cosa accade, nel primo caso (simile al nero fumo) abbiamo una potenza di 300W/m2, nel terzo la superficie selettiva (simile al cromo nero, ossido di nickel o ossido di titanio) ha lo stesso coefficiente di assorbimento, ma la differenza avviene nell’infrarosso dove emette molto meno: è su questa banda che pesa la variazione in efficienza.
Nel secondo caso invece si ha ancora un guadagno la temperatura cresce (di poco ma cresce)….
Nel quarto caso addirittura con una vernice riflettente selettiva….si ha una diminuzione di temperatura, anche qui l’emissione nell’infrarosso è responsabile di questo (nonostante il coefficiente di riflessione sia uguale a quello della superficie nel caso 2).
Comunque bisogna porre l’attenzione sul fatto che stiamo parlando di come la superficie assorbe la radiazione solare, dobbiamo immaginare in questo caso come l’assorbitore (stranamente il nome è allineato al verbo) assorbe l’energia solare e non l’acqua…..Infatti l’efficienza è relativa all’assorbitore e non al pannello solare intero. Da li poi…. Il calore deve attraversare l’assorbitore, arrivare al tubo, e infine all’acqua, senza trascurare che l’energia irradiata viene fermata dal vetro sovrastante per l’effetto serra (che vedremo le prox volte). Quindi quando mettiamo a confronto i valori, qui calcolati teoricamente con le formule per intenderci, di 44.7% e 87% (su cui qualche costruttore di pannelli solari specula) tra il nero e la vernice selettiva, teniamo a mente che si riferiscono all’efficienza del solo assorbitore alla radiazione solare incidente e non dell’intero pannello solare.
Sapere per valutare........
poi ad ognuno le ardue sentenze
alla prox
sun_son

ottimo lavoro! se utilizziamo vernice selettiva si potrebbe verniciare pure la parte posteriore giusto?

knot87,
piacere di rispondere al tuo intervento. Avendo una vernice selettiva di un certa qualità (in termini di efficienza) la risposta è sicuramente affermativa.
Se pero' parliamo del nero fumo..... non conviene molto dipingere anche il lato posteriore dei pannelli......in questo caso anche il lato inferiore emetterebbe molto di quanto accumulato dal lato superiore.....
Quindi a maggior ragione bisognerebbe spingere in tale direzione....
:-)
ciao
sun_son

Ho dato una scorsa, sebbene non esaustiva, di tutto l'argomento trattato.
Rispondendo sinteticamente.
Per avere dell'ossido di rame nero, CuO allo stato purissimo, occorre prendere del rame , scioglierlo in acido nitrico.
ATTENZIONE l'acido non è proprio innocuo. Si svolgono dei vapori bruni di ipoazotide, assai tossici AREARE BENE.
Si forma un sale deliquescente, azzurro verde di nitrato di rame con molte molecole d'acqua, tale sale va riscaldato, emette ancora fumi bruni di ipoazotide , indi,alla fine rimane una polvere sottilissima di ossido rameico che può essere usata come vernice miscelata ad un opportuno veicolo.
L'ossido di alluminio può essere depositato su di una lastra di alluminio con un procedimento di elettrolisi, forma una pellicola sottilissima e durissima.
Per le vernici che abbiamo un alto potere assorbente nel visibile e scarsa emissione nell'IR mi sto informando nel settore, ma sembra quasi sia un segreto di stato...
Per il cromo nero esiste la cromatura nera, deposito di cromo superficiale su di un oggetto per via elettrolitica e di aspetto nero, ma pur conoscendo chi lo effettua non conosco le sostanze usate.
Se si cercano i cromatori questi effettuano anche la cromatura nera (quella dei tergicristalli delle auto ad esempio)
Ho scritto in maniera veloce perchè sto per uscire, se servono dettagli posso fornirvene domani.

Lupo Cattivo,
Che gioia vedere il tuo intervento....BENVENUTO
"
Per le vernici che abbiamo un alto potere assorbente nel visibile e scarsa emissione nell'IR mi sto informando nel settore, ma sembra quasi sia un segreto di stato...
"
Abbiamo raccolto talmente tanto materiale che sappiamo tutto... (almeno sulla letteratura esistente....di oggi e di ieri... Quello che non sappiamo fare è realizzarli a basso costo e fai da te.... Oppure trovare un materiale diverso dall'ossido di titanio, Cromo nero o ossido di nickel nero.
Ormai siamo dotati di un apparato di misura..... di tutto rispetto.





Recentemente ho acquistato .... per fare delle prove il bianco di titanio... (sembra che il titanio si usi molto per questo colore) e l'ossido nero (non ho idea del materiale.... ma provo :-)