Corpos negros emitem energia?

12 de outubro, 2017 às 18:11 | Postado em Óptica, Radiação, Termologia, termodinâmica

Professor, vi uma questão, numa prova, que dizia assim: Com relação aos corpos negros, pode-se afirmar que são

a) absorvedores e emissores de energia perfeitos.

b) absorvedores perfeitos de energia, mas maus emissores de energia.

c) emissores perfeitos de energia, mas maus absorvedores de energia.

d) maus absorvedores e emissores de energia.

O gabarito diz (a). Isso não faz sentido para mim. Pelo que sei, os corpos negros absorvem toda a energia que lhes é emitida, mas nunca ouvi falar de nada que dizia que emitem energia. Por favor, pode me explicar isso? Obrigado

O corpo negro é, por definição, aquele objeto que absorve toda a radiação eletromagnética que sobre ele incide. Ao absorver a radiação, e se não trocasse energia com o entorno de qualquer outra maneira, sua energia interna cresceria indefinidamente. Consequentemente a temperatura do corpo negro cresceria indefinidamente.

Em um sistema isolado qualquer corpo, inicialmente frio, entra em equilíbrio térmico com seu entorno quente, ou seja, depois de um tempo suficientemente longo sua temperatura é a mesma do entorno. Isto vale também para corpos que trocam energia com o entorno na forma de radiação eletromagnética.

Assim sendo, se imaginarmos um corpo negro que pudesse apenas trocar com seu entorno radiação eletromagnética, quando sua temperatura for a mesma do entorno (então atingiu o equilíbrio), ele deve estar absorvendo e emitindo radiação. Ou seja, o corpo negro por ser o absorvente perfeito, também tem que irradiar termicamente com a máxima intensidade possível em uma determinada temperatura.

A radiância do corpo negro (potência irradiada por unidade de área da superfície do corpo) é dada pela Lei de Stephan-Boltzmann que afirma que a radiância é diretamente proporcional à temperatura absoluta na quarta potência.

O corpo negro representa o limite superior, tanto no processo de absorção quanto de emissão da radiação térmica, para irradiadores/absorsores reais.

Nota então que não há contradição entre ser o melhor absorvente e o melhor irradiador.

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Comentário no Facebook em 14/10/2017

Alexandre Medeiros – Sua explicação está perfeita, Fernando, mas eu me pergunto porque o estudante achou que seria impossível o CORPO NEGRO emitir radiação. De ONDE ele pode ter tirado tal ideia? E esta é uma preocupação realmente pedagógica. Creio que uma possibilidade é que ele tenha confundido REFLEXÃO com EMISSÃO. De fato, um CORPO NEGRO não deveria REFLETIR a RADIAÇÃO RECEBIDA, mas isso NADA TEM A VER com o fato de ele PODER e DEVER (como você bem explicou para evitar o aumento indefinido de temperatura) EMITIR RADIAÇÃO. Ainda assim, dito isso, o estudante pode se perguntar QUAL É A DIFERENÇA entre EMITIR e REFLETIR. Afinal, não seriam ambas formas de a RADIAÇÃO SAIR do CORPO, em vez de ENTRAR nele? A DIFERENÇA conceitual é que na REFLEXÃO, a RADIAÇÃO que chega e a que sai são do MESMO TIPO e na EMISSÃO NÃO. Não digo com isso que na REFLEXÃO a radiação REFLETIDA tenha necessariamente a mesma ENERGIA da RADIAÇÃO INCIDENTE, pois isso depende do grau reflectivo do corpo, mas me refiro ao TIPO da mesma, ou seja, à sua FREQUÊNCIA. Já na EMISSÃO o que se passa é algo COMPLETAMENTE DIFERENTE. O CORPO NEGRO recebe a ENERGIA da RADIAÇÃO INCIDENTE, TRANSFORMA (de um modo enigmático e que ainda hoje a Mecânica Quântica estuda e tenta bem descrever) essa RADIAÇÃO em seu INTERIOR ATÔMICO e a EMITE em um TIPO (FREQUÊNCIA) diferente daquela recebida. O calculo do BALANÇO ENERGÉTICO e da sua DISTRIBUIÇÃO de acordo com a FREQUENCIA EMITIDA entre a ENERGIA RECEBIDA e a ENERGIA EMITIDA é que deu origem ao problema atacado por Kirchoff, Botzmann, seu orientando Stefann, Wien, Michelson (o mesmo do experimento sobre a velocidade da luz), Weber (Heinrich que foi professor de Einstein) e finalmente PLANCK. Esse era um PROBLEMA ECONÔMICO a ser RESOLVIDO que era VITAL para as INDUSTRIAS da SIDERURGIA e da ILUMINAÇÃO ELÉTRICA. Afinal, SIDERURGIA estava ligada a FERROVIAS, ARMAMENTOS … E a ILUMINAÇÃO à possibilidade de aumentar as jornadas de trabalho das industrias. Mas, isso é uma outra longa e interessante história que um dia eu conto quando escrever uma daquelas minhas entrevistas malucas, essa já planejada, com o PLANCK. Rsrsrs …

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