L’effetto dell’irraggiamento sul corpo umano

L’epidermide ha una superficie di circa 2 m², è a tutti gli effetti una copertura che funziona come una barriera fisica contro l’esterno ed allo stesso tempo supporta il sistema termoregolatore (cellule recettrici sensibili alla temperatura), i vasi sanguigni e le ghiandole sudoripare. Colpendo con radiazioni l’epidermide avremo delle reazioni diverse secondo l’entità e la lunghezza d’onda. Al contrario della luce, le onde corte raggi X trapassano il corpo, dosi massicce sono dannose.

Con l’aumento della lunghezza d’onda diminuisce la profondità di penetrazione, se irraggiamo l’epidermide con l’infrarosso-C questo viene assorbito completamente nello strato esterno, dove sono localizzati i recettori termici che reagiscono inviando al sistema nervoso centrale l’impulso che permette l’aumento della circolazione sanguigna e della sudorazione.

L’ultravioletto e i raggi X penetrano negli strati profondi dell’epidermide causando il danneggiamento dei tessuti in quanto i recettori termici sono localizzati nello strato esteriore e non si accorgono dell’innalzamento della temperatura si possono rischiare scottature profonde dell’epidermide.

Trasmissione dell’irraggiamento di infrarosso

Lo spettro dell’infrarosso e dell’ultravioletto sono invisibili. Dal punto di vista fisico l’infrarosso è composto da onde elettromagnetiche.

Trasmissione dell’irraggiamento di infrarosso

Le lunghezze d’onda dell’infrarosso-A e B e dell’ultravioletto-A e B sono pericolose per l’epidermide. La pericolosità è data dalla profondità di penetrazione attraverso il derma, con impossibilità di azione dei nostri percettori termici in quanto si trovano in uno strato superiore.

Se i nostri percettori termici sentono il caldo in eccesso sul corpo agiscono inviando al cervello un impulso e questo ci permette di non ustionarci. Altra difesa sono gli occhi che ci permettono di valutare l’intensità luminosa della gamma compresa tra 0,78 ?m e 0,38 ?m.

La lunghezza d’onda dell’infrarosso-C, emessa da Celsius (pannello radiante, scaldasalviette elettrico, infra sauna, termoarredi), è per l’epidermide salutare, non penetrando in profondità lascia attive le nostre difese che si trovano nello strato papillare. Con i pannelli riscaldanti Celsius non è possibile ustionarsi involontariamente, essendo emessi soltanto infrarossi-C da 7 ?m a 11 ?m.

La trasmissione e l’assorbimento di calore dalla fonte al consumatore può avvenire in vari modi. Il corpo umano si può riscaldare per mezzo di termo vettore (acqua, aria ecc), oppure tramite l’irraggiamento che permette il trasporto dell’energia in spazi sotto vuoto, come accade in natura per l’irraggiamento solare. L’irraggiamento del sole si estende su un vasto campo di lunghezze d’onda, solo una parte dello spettro arriva a noi, il restante viene trattenuto e attenuato dall’atmosfera come le parti dannose degli ultravioletti.

Emissione e ricezione della radiazione

Ogni materia, presente nell’universo assorbe ed emette radiazioni in qualità variabile, incidendo sulla struttura sia essa solida, liquida o gassosa ma anche la superficie, infatti, le liscie riflettono meglio delle ruvide che invece assorbono di più; questo comporta un riscaldamento della materia.

radiazione totale = (a + r + d = 1)
riflessa ( r ), assorbita ( a ) e trasmessa ( d )
assorbimento + riflessione + trasmissione = radiazione totale

In conformità alla legge di Stefan-Boltsmann: il potere emissivo integrale del corpo nero è direttamente proporzionale alla quarta potenza della temperatura tramite una costante, esempio: =??4, in W/m², s è costante d’emissione, ? = 5,67?10-8 (m²K4). L’energia radiante emessa non distribuita ugualmente, ha un massimo caratteristico e si può calcolare secondo la legge dello spostamento.

La legge dello spostamento di Wien

Il prodotto delle lunghezze d’onda e il massimo dell’emissione specifico è costante. Temperature più alte significano: lunghezze d’onda più corte e l’emissione massima si sposta con l’aumento dell’intensità verso lunghezze d’onda più corte che vale in = ?max?? = 2896?K. ?max lunghezze d’onda sono qui in micrometri (?m) e ? (assoluto) temperatura in Kelvin (K). L’emissione massima di un corpo con una temperatura superficiale di 37°C =310 K di ? = 9,3 ?m lunghezza d’onda (2896:310= 9,342).

Un corpo umano ha una temperatura di 37°C; in un ambiente la cui temperatura è inferiore si raffredda, emanando all’ambiente calore per convenzione, respiro, secrezione e radiazione.

La vecchia lampadina è più un radiatore termico che una sorgente di luce, infatti la spirale raggiunge circa 2300 K (circa 2000°C) che corrisponde ad una lunghezza d’onda di 1,25 ?m; questa lunghezza d’onda è fuori del campo di luce visibile che si estende da 0,380 a 0,780 ?m, quindi solo la parte della spirale più fredda emette la luce che noi vediamo, essa ha un rendimento, come efficienza luminosa in relazione alla corrente elettrica assorbita e convertita in energia luminosa, del 5%.

Un corpo fisico che emette bene radiazioni, le assorbe con altrettanta facilità, questo accade anche con il tessuto umano. Le caratteristiche d’assorbimento dell’epidermide spiegato in precedenza si tramutano in percezione di calore in raffronto alle radiazioni ricevute.

Il corpo umano ha un proprio bilancio energetico e ne attinge la maggior parte dall’alimentazione, che viene trasformata dall’apparato digerente e successivamente incamerata come energia per poi immettersi nella circolazione sanguigna.

Fonti di radiazione per l’emissione di calore

Conforme al secondo principio fondamentale della termodinamica, il calore si propaga da un corpo caldo ad uno freddo. Ogni fonte di calore con temperatura superficiale superiore a quella corporea, viene percepita come calore. Da questo, dipende naturalmente anche dalla distanza della fonte di calore; si percepisce, ad esempio, maggiormente il calore di una stufa che raggiunge 100°C posta ad un metro da noi, rispetto al sole che ha una temperatura superficiale di 6000°C ma si trova a 150 milioni di chilometri.

Negli anni ’20-’30 sono stati effettuate sperimentazioni con l’irraggiamento ad infrarosso per mezzo di lampada a filamento di carbone, ad incandescenza, casetta di ricottura e radiatori a gas portati ad una temperatura superiore ai 2500°C, poi negli anni ’50-’90 si è passati a barre in quarzo e in ceramica, facendo scendere la temperatura ai 300-400°C (in quale era ritenuto un buon risultato, nonostante il pericolo del contatto diretto).

Recentemente si è sviluppata la tecnologia del riscaldamento elettrico Celsius con la quale è stato possibile avvicinarsi alla lunghezza d’onda più salutare e forte dei 5 ?m. La percezione di calore è massima, ciò è stato possibile grazie ad un film sottile di materiali nobili opportunamente sagomati, assemblati e alimentati. Questo film sottile, inserito nel pannello radiante Celsius, riesce a sprigionare in estrema sicurezza onde infrarosso a 8,5 ?m con un impegno energetico irrisorio.