Corpo negro perfeito e sua radiação

Corpo negro perfeito e sua radiação
Corpo negro perfeito e sua radiação
Anonim

O corpo absolutamente negro é assim chamado porque absorve toda a radiação que incide sobre ele (ou melhor, dentro dele) tanto no espectro visível quanto além. Mas se o corpo não aquece, a energia é irradiada de volta. Esta radiação emitida por um corpo completamente negro é de particular interesse. As primeiras tentativas de estudar suas propriedades foram feitas antes mesmo do surgimento do próprio modelo.

No início do século 19, John Leslie experimentou várias substâncias. Como se viu, a fuligem preta não apenas absorve toda a luz visível que cai sobre ela. Ele irradiava na faixa do infravermelho muito mais forte do que outras substâncias mais leves. Foi a radiação térmica, que difere de todos os outros tipos em várias propriedades. A radiação de um corpo completamente negro é equilibrada, homogênea, ocorre sem transferência de energia e depende apenas da temperatura do corpo.

corpo completamente preto
corpo completamente preto

Quando a temperatura do objeto é alta o suficiente, a radiação térmica torna-se visível, e então qualquer corpo, inclusive o absolutamente preto, adquire cor.

Um objeto tão único que emite apenas um certo tipo de energia, não poderia deixar de atrair a atenção. Já que estamos falando de radiação térmica, as primeiras fórmulas e teorias sobre como deveria ser o espectro foram propostas no âmbito da termodinâmica. A termodinâmica clássica foi capaz de determinar em qual comprimento de onda a radiação máxima deveria estar em uma determinada temperatura, em qual direção e quanto ela mudaria quando aquecida e resfriada. No entanto, não foi possível prever qual é a distribuição de energia no espectro do corpo negro em todos os comprimentos de onda e, em particular, na faixa ultravioleta.

Radiação de corpo negro
Radiação de corpo negro

De acordo com a termodinâmica clássica, a energia pode ser emitida em qualquer porção, incluindo as arbitrariamente pequenas. Mas para que um corpo absolutamente negro irradie em comprimentos de onda curtos, a energia de algumas de suas partículas deve ser muito grande, e na região de ondas ultracurtas ela iria ao infinito. Na realidade, isso é impossível, o infinito apareceu nas equações e foi chamado de catástrofe ultravioleta. Apenas a teoria de Planck de que a energia pode ser irradiada em porções discretas - quanta - ajudou a resolver a dificuldade. As equações da termodinâmica de hoje são casos especiais das equações da física quântica.

distribuição de energia no espectro de um corpo negro
distribuição de energia no espectro de um corpo negro

Inicialmente, um corpo completamente preto era representado como uma cavidade com uma abertura estreita. A radiação do exterior entra em tal cavidade e é absorvida pelas paredes. No espectro de radiação, quedeve ter um corpo absolutamente preto, caso em que o espectro de radiação da entrada da caverna, a abertura do poço, a janela para o quarto escuro em um dia ensolarado, etc. Mas acima de tudo, os espectros da radiação cósmica de fundo do Universo e das estrelas, incluindo o Sol, coincidem com ele.

É seguro dizer que quanto mais partículas com diferentes energias em um objeto, mais forte sua radiação se assemelhará a um corpo negro. A curva de distribuição de energia no espectro de um corpo negro reflete os padrões estatísticos no sistema dessas partículas, com a única correção de que a energia transferida durante as interações é discreta.

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