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Radiação do corpo negro

Radiação de corpo negro à temperatura muito alta.
Um dos resultados experimentais que mais chamou a atenção dos cientistas no final do século XIX foi o estudo da luz emitida por corpos quando se encontram muito quentes, como o ferro “em brasa” ou mesmo um carvão em brasa. Os ferreiros da época já sabiam que quando o ferro ficava rubro, a sua temperatura estava porvolta dos 1.000 K, podendo ser mais facilmente trabalhado.

Com a finalidade de estudar a luz emitida pelos corpos quentes, foi proposto um modelo no qual a ideia era realizar os cálculos apenas da radiação produzida pela agitação térmica do corpo. Tal corpo deveria absorver toda a radiação que chegava até ele, não podendo refleti-la. Dessa forma, o corpo teria de ser totalmente negro, daí o nome domodelo: radiação do corpo negro.

Ao olharmos para o passado, levando em conta o que conhecemos hoje, podemos afirmar que o estudo da radiação do corpo negro marca o surgimento da Mecânica Quântica.

Em primeiro lugar, temos que entender de fato o que é radiação de corpo negro. Ao aquecermos um corpo, ele passa a emitir radiação eletromagnética. Dessa maneira, podemos dizer que o espectrodessa radiação depende da temperatura do corpo. Por exemplo, o forno de uma indústria siderúrgica ou o Sol produz radiação através da agitação térmica. Se observarmos o carvão em brasa, na verdade veremos a radiação de corpo negro de um corpo à temperatura muito alta.

Lâmpada de filamento

Um exemplo de radiação de corpo negro que temos no cotidiano é a lâmpada de filamento. Quando passacorrente elétrica através do filamento da lâmpada, este se aquece pelo efeito Joule e se comporta praticamente como um corpo negro. Quando a temperatura chega próxima de 2.000 K, parte da energia é emitida como luz visível, que é utilizada para iluminação. No entanto, uma boa parte da energia térmica é emitida no espectro do infravermelho e não é aproveitada na iluminação.

Com intuito de aumentar aeficiência de iluminação de uma lâmpada elétrica, é preciso aumentar a temperatura do filamento. Para que ela produza luz semelhante à luz do Sol, o filamento deve operar com uma temperatura semelhante à superfície do Sol, que é de aproximadamente 5.700 K. O tungstênio usado para fabricar filamentos de lâmpadas tem temperatura de fusão de 3.137 K.

Propriedades da superfície de um corpo
Sobre asuperfície de um corpo incide constantemente energia radiante, tanto desde o interior como desde o exterior, a que incide desde o exterior procede dos objetos que rodeiam o corpo. Quando a energia radiante incide sobre a superfície uma parte se reflete e a outra parte se transmite.
| Consideremos a energia radiante que incide desde o exterior sobre a superfície do corpo. Se a superfície é lisa epolida, como a de um espelho, a maior parte da energia incidente se reflete, o resto atravessa a superfície do corpo e é absorvida por seus átomos ou moléculas. Se r é a proporção de energia radiante que se reflete, e a a proporção que é absorvida, se deve cumprir que r+a=1. |
| A mesma proporção r da energia radiante que incide desde o interior se reflete para dentro, e se transmite aproporção a=1-r que se propaga para fora e se denomina por tanto, energia radiante emitida pela superfície. Na figura, é mostrada o comportamento da superfície de um corpo que reflete uma pequena parte da energia incidente. As larguras das distintas bandas correspondem a quantidades relativas de energia radiante incidente, refletida e transmitida através da superfície. |
Comparando ambas figuras, vemosque um bom absorvedor de radiação é um bom emissor, e um mal absorvedor é um mal emissor. Também podemos dizer, que um bom refletor é um mal emissor, e um mal refletor é um bom emissor.
Uma aplicação prática está nas garrafas térmicas utilizados para manter a temperatura dos líquidos como o café. Uma garrafa térmica tem duplas paredes de vidro, fazendo-se o vácuo no espaço entre estas paredes...
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