Emisividad

Coeficientes de emisividad para diferentes objetos reales
Metales	T [°C]	ε
Aluminio	170	0,05
Acero	-70...700	0,06...0,25
Cobre	300..700	0,015...0,025
Cobre oxidado	130	0,73
No metales	T [°C]	ε
Madera	70	0.91
Hielo	-10	0,92
Agua	10...50	0,91
Papel	95	0,90

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 este fuera un cuerpo negro:

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

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:

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

Símbolo	Nombre	Unidad
${\displaystyle {\dot {Q}}_{\rm {emitida}}}$	Flujo de calor	W
${\displaystyle \epsilon }$	Emisividad
${\displaystyle \sigma }$	Constante de Stefan-Boltzmann 5.67 E-8 W / (m2 K4)	W / (m2 K4)
${\displaystyle A_{s}}$	Área superficial del objeto	m2
${\displaystyle T_{s}}$	Temperatura superficial del objeto	K

La emisividad de una superficie depende de factores como su temperatura, el acabado, el ángulo de emisión y la longitud de onda de la radiación. 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, marcos ambos constantes. Esta regla se conoce como la "suposición del cuerpo gris". Aunque es común para examinar la "emisividad de un material" (tal como la emisividad de la plata altamente pulida), la emisividad de un material depende por lo general de su espesor. Las emisividades citadas para los materiales son para muestras de espesor infinito, por lo tanto, para muestras delgadas del material tienen un coeficiente de emisividad menor. De esta forma, definimos un cuerpo gris como aquel cuya emisividad es constante ante la longitud de onda. ${\displaystyle \epsilon \neq \epsilon (\lambda )}$ Un ejemplo de cuerpo gris es la pizarra.

La desviación de las propiedades térmicas de un material con respecto a las de un cuerpo negro está determinada por la estructura geométrica y la composición química, y sigue la ley de Kirchhoff para la radiación térmica, que establece que la emisividad es igual a absortividad para un objeto en equilibrio térmico. Así un cuerpo que no absorbe toda la radiación, no emite toda la radiación con respecto a un cuerpo negro.

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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.

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

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

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

Para un medio uniforme de profundidad óptica ${\displaystyle \tau _{\nu }}$, el transporte radiativo significa que la radiación será reducida por un factor ${\displaystyle e^{-\tau }}$. La profundidad óptica es, por lo general, aproximada a la proporción de la frecuencia donde ${\displaystyle \tau =1}$ se eleva a un coeficiente β. Para nubes de polvo frío en el medio estelar β es aproximadamente 2. Por lo tanto, Q se convierte en,

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