É a emissão de luz por um corpo quando ele está sob alta temperatura?

Em termos físicos, nos referimos a corpo negro quando um corpo absorve toda a radiação que é incidida sobre ele, ou seja, nenhuma luz é refletida ou consegue atravessá-lo. No século XIX, várias experiências foram realizadas, mas a que mais chamou a atenção dos cientistas foi de fato a luz emitida por corpos aquecidos a altas temperaturas, como por exemplo, o ferro quente ou o carvão em brasa. Na época, os ferreiros sabiam que era mais fácil manusear o ferro quando bem aquecido, ou seja, na cor rubra.

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Porque corpos quentes emitem luz?
Quando ocorre a irradiação?
Qual o tipo de radiação emitida pelo corpo humano?
O que são a luz é a radiação térmica?

Inicialmente foi proposto um modelo de estudos visando realizar os cálculos apenas da radiação produzida pela agitação térmica, ou seja, da luz que os corpos quentes emitiam. O corpo deveria absorver toda a radiação que até ele chegava, tornando-se um corpo todo negro, surgindo daí o nome do modelo estudado: radiação do corpo negro.

Historicamente podemos dizer que o termo Mecânica Quântica passou a ser utilizado em função do estudo sobre a radiação do corpo negro.

Mas primeiramente precisamos saber de fato o que é radiação do corpo negro. Quando aquecemos um determinado corpo, ele passa a emitir radiação eletromagnética, desse modo, o espectro de sua radiação está ligado diretamente à temperatura do corpo. Podemos citar como exemplo o forno de uma indústria siderúrgica ou o Sol que produz radiação através da agitação térmica. Quando olhamos para um monte de carvão em brasa, estamos olhando a radiação de corpo negro de um corpo cuja temperatura é altíssima.

Lâmpada incandescente

Outro exemplo de radiação de corpo negro que podemos citar e que está ligado a nossa vida cotidiana trata-se da lâmpada incandescente ou filamento. A corrente elétrica quando passa através do filamento da lâmpada provoca o seu aquecimento, por meio do efeito Joule, comportando-se como um corpo negro. Quando a temperatura do filamento atinge aproximadamente 2.000 K, uma parte da energia é emitida na forma de luz visível, que é utilizada para iluminação, e outra parte da energia térmica é emitida no espectro do infravermelho não sendo então aproveitada na iluminação.

Para que tenhamos maior eficiência de iluminação de uma lâmpada elétrica, deve-se aumentar a temperatura do filamento. Para que uma lâmpada de filamento venha a produzir luz semelhante à luz do Sol, o filamento deve operar com uma temperatura semelhante à superfície solar, que é de aproximadamente 5.700 K. O material utilizado como filamento da lâmpada é o tungstênio que possui temperatura de fusão de 3.137 K.

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Todo o corpo emite e absorve radiação. Quando a temperatura do corpo é maior que a do ambiente onde ele está inserido, a taxa de emissão é maior que a taxa de absorção. Quando a temperatura do corpo é menor que a do ambiente onde ele se encontra, a taxa de emissão é menor que a taxa de absorção. Um corpo só não emite radiação térmica se sua temperatura for o zero absoluto, ou seja: 0 K (zero kelvin).

Toda matéria que se encontra em um estado solido ou líquido, também conhecido como matéria condensada, emite um espectro contínuo de freqüências. Ou seja, não existem espaços vazios no espectro.

Quando um corpo se encontra a temperatura ambiente ele é visto pela radiação que ele reflete na faixa de freqüência da luz visível. Se estiver a temperaturas altíssimas, em torno de mil kelvins, ele emite luz visível própria em intensidade suficiente para ser detectada pela visão humana.

É definido como corpo negro todo aquele que emite um espectro de radiação universal que depende apenas de sua temperatura, não de sua composição. Este tipo de corpo absorve toda a radiação que incide sobre eles. Daí a denominação corpo negro. Observe a figura 01:

Figura 01: representação de um corpo negro perfeito que não reflete a radiação, considerando-o a temperatura de 0K.

Na figura 02 uma temperatura alta:

Figura 02: representação de um corpo negro a uma temperatura alta, próxima de 10³K.

Neste caso, o corpo emite radiação na faixa de freqüência da luz visível.

É observado experimentalmente que a intensidade da radiação emitida é maior para as freqüências maiores quando a temperatura é mais alta. Ou seja, quanto maior a temperatura, há mais abundância de radiação de alta freqüência sendo emitidas pelo corpo em questão. Uma situação bem comum que pode ser observada no cotidiano é o aquecimento de um objeto de ferro, por exemplo, a uma temperatura próxima de 10³K.

Das observações experimentais surgiu uma grandeza chamada radiância espectral RT(f) que é definida pela quantidade de radiação emitida pela superfície de um corpo em um intervalo de freqüências df a uma temperatura T por unidade de tempo. Observe a figura 03:

Figura 03: radiância espectral do corpo negro em função da frequência de radiação. A frequência de radiância máxima ocorre para frequências mais altas, quanto mais alta for a temperatura do corpo. No gráfico, três exemplos de curvas possíveis.

A interpretação deste gráfico nos leva a determinar a temperatura de corpos em função de sua radiância espectral. Ou seja, corpos mais quentes tendem a emitir luz branca enquanto que corpos a temperaturas baixas emitem ondas de infravermelho, conforme distribuição no espectro eletromagnético.

Referências bibliográficas:

EISBERG, Robert RESNICK, Robert. Física Quântica – Átomos, Moléculas, Sólidos, Núcleos e Partículas. Tradução de Paulo Costa Ribeiro, Ênio Costa da Silveira e Marta Feijó Barroso. Rio de Janeiro:Campus, 1979.

Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/fisica/radiacao-do-corpo-negro/

Porque corpos quentes emitem luz?

É a radiação emitida por um corpo devido a sua temperatura. É a radiação emitida por um corpo devido à sua temperatura. Todo corpo emite esse tipo de radiação para o meio que o cerca, e dele a absorve. Quando o equilíbrio térmico é atingido, as taxas de emissão e de absorção de energia são iguais.

Quando ocorre a irradiação?

A irradiação térmica é um dos principais processos de transferência de calor, esse processo ocorre por meio da emissão de ondas eletromagnéticas, uma vez que todos os corpos que se encontrem em temperaturas acima do zero absoluto emitem radiação térmica.

Qual o tipo de radiação emitida pelo corpo humano?

O corpo humano emite radiação no domínio do infravermelho, ao qual os nossos olhos não são sensíveis, mas que pode ser detectada com sensores apropriados.

O que são a luz é a radiação térmica?

A radiação térmica é uma radiação natural e não ionizante, isso quer dizer que ela interage com a matéria sem causar nenhuma alteração em sua estrutura. A diferença entre o calor e a luz visível está apenas no comprimento de onda (ou frequência) como mostrado no espectro eletromagnético representado pela figura abaixo.