Discussão:Corpo negro: diferenças entre revisões
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As páginas sobre corpos negros [http://en.wikipedia.org/wiki/Black_body em inglês] e em [http://es.wikipedia.org/wiki/Cuerpo_negro espanhol] têm bastante informações que poderiam ser aproveitadas para a página em português, que não apresenta nenhuma fonte de referência.
== Página em inglês traduzida ==
===por favor, dêem uma olhada no que traduzi até agora e revisem o quanto possível.===
Um corpo negro é um corpo físico ideal que absorve toda a radiação eletromagnética incidente, independente da frequência ou ângulo de incidência.
Um corpo negro em equilíbrio térmico (isto é, a temperatura constante) emite radiação eletromagnética chamara radiação de corpo negro. A radiação é emitida de acordo com a Lei de Planck, resultando num espectro que é determinado apenas pela temperatura, e não pelo formato ou composição do corpo.
Um corpo negro em equilíbrio térmico tem duas propriedades notáveis:
1. É um emissor ideal: ele emite tanta ou mais energia em todas as frequências do que qualquer outro corpo a mesma temperatura.
2. É um emissor difuso: a energia é irradiada isotropicamente, independente da direção.
Uma ilustração aproximada de uma superfície negra é um buraco numa parede de uma grande caixa. Qualquer luz que entre pelo buraco é refletida indefinidamente ou absorvida internamente até reemergir, fazendo do buraco um absorvedor quase perfeito. A radiação confinada em uma caixa pode ou não estar em equilíbrio térmico, dependendo da natureza das paredes e outros componentes da caixa.
Materiais reais emitem uma fração da energia – chamada emissividade - dos níveis de energia de corpo negro. Por definição, um corpo negro em equilíbrio térmico tem uma emissividade de ε=1,0. Uma fonte com baixa emissividade independente da frequência é chamada de corpo cinza. Construção de corpos negros com emissividade tão próxima de um quanto possível permanece como um tópico de interesse atual. Um corpo branco é aquele com uma “superfície rough que reflete todos raios incidentes completamente e uniformemente em todas as direções”.
Em astronomia, a radiação das estrelas e planetas algumas vezes é caracterizada em termos de temperatura efetiva, que é a temperatura de um corpo negro que emite o mesmo fluxo total de energia eletromagnética.
===DEFINIÇÃO===
A ideia de um corpo negro foi originalmente introduzida por Gustav Kirchhoff em 1860 como a seguir:
“ a suposição que corpos podem ser imaginados quais, para espessuras infinitamente pequenas, absorvem completamente todos os raios incidentes, e assim não refletem ou transmitem raio algum. Eu posso chamar tais tipos de corpos perfeitamente negros, ou resumidamente, corpos negros.”
Uma definição mais atual omite a referência a “ espessuras infinitamente pequenas”:
“ Um corpo ideal agora é definido, chamado corpo negro. Um corpo negro permite que toda a radiação incidente passe por ele (não a energia refletida) e absorve toda a radiação incidente (nenhuma energia é propagada no interior do corpo). Isto é verdadeiro da radiação para todos comprimentos de onda e para todos os ângulos de incidência. Logo, o corpo negro é um absorvedor perfeito para toda toda a radiação incidente”.
====IDEALIZAÇÕES====
Esta seção descreve alguns conceitos desenvolvidos em relação a corpos negros.
=====Cavidade com um buraco=====
Um modelo amplamente usado de superfície negra é de um pequeno buraco numa cavidade com paredes que são opacas à radiação. A radiação incidente no buraco passará para dentro da cavidade, e dificilmente será reemitida se a cavidade for grande. O buraco não é uma superfície negra perfeita – em particular, se o comprimento de onda da radiação incidente é maior do que o diâmetro do buraco, parte dela será refletida. Do mesmo modo, mesmo em perfeito equilíbrio térmico, a radiação dentro de uma cavidade de tamanho finito não terá um espectro de Planck para comprimentos de onda comparáveis a ou maiores do que o tamanho da cavidade.
Supondo que a cavidade é mantida numa temperatura fixa T a a radiação aprisionada dentro da caixa está em equilíbrio térmico om a caixa. A abertura na caixa permitirá que alguma radiação escape. Se o buraco for pequeno, a radiação que entra e sai tem um efeito desprezível sobre o equilíbrio da radiação dentro da cavidade. Esta radiação de escape se aproximará da radiação de corpo negro que exibe uma distribuição característica na energia da temperatura T e não depende das propriedades da cavidade ou do buraco, pelo menos para comprimentos de onda menores que o tamanho da abertura. Veja a figura na Introdução para o espectro como uma função da frequência da radiação, a qual é relacionada à energia da radiação pela equação E = h., com E= Energia, h= constante de Planck e f= frequência.
Em qualquer momento a radiação na cavidade pode não estar em equilíbrio térmico, mas a segunda lei da termodinâmica afirma que se não for perturbado, irá alcançar eventualmente o equilíbrio, ainda que leve muito tempo para isso. Tipicamente, o equilíbrio é alcançado por contínuas absorções e reemissões da radiação pelo material na cavidade ou suas paredes. A radiação que entra na cavidade, será “ termalizada”, por esse mecanismo: aenergia será redistribuída até que os fótons consigam uma distribuição de Planck. O tempo decorrido para a termalização é muito menor com matéria condensada presente do que com matéria rarefeita como um gás diluído. A temperaturas acima de bilhões de Kelvin, interações diretas fóton-fóton são normalmente desprezíveis comparadas com interações com a matéria. Fótons são um exemplo de um gás de bósons interagentes, e como descrito pelo teorema-H, sob muitas condições gerais um gás interagente de bósons se aproximará do equilíbrio térmico.
=====Transmissão, absorção e reflexão=====
O comportamento de um corpo em relação a radiação térmica é caracterizado por sua transmissão %tau, absorção %alpha e reflexão %ro.
A boundary de um corpo forma uma interface com suas áreas próximas, e essa interface pode ser lisa ou áspera. Uma interface não-refletiva que separa regiões com diferentes índices de refração deve ser áspera, pois as leis de reflexão e refração governadas pelas equações de Fresnel para superfícies lisas requerem um raio refletido quando os índices de refração do material e suas áreas próximas diferem. Uns poucos tipos idealizados de comportamento recebem nomes particulares:
Um corpo opaco é aquele que não transmite nenhuma radiação que o atinge, apesar de que alguma pode ser refletida. Isto é, t= 0 e a + p =1.
Um corpo transparente é aquele que transmite toda a radiação que o atinge. Isto é, t=1 e a=p=0.
Um corpo cinza é aquele onde a, p e t são uniformes para todos os comprimentos de onda. Este termo também é usado para um corpo para qual a é independente da temperatura e do comprimento de onda.
Um corpo brano é aquele para o qual toda a radiação incidente é refletido uniformemente em todas as direções: t=0, a = 0 e p=1.
Para um corpo negro, t=0, a = 1 e p=0. O modelo teórico de Plank aplica-se a perfeitos corpos negros, os quais não existem na natureza: além do seu interior opaco, têm interfaces que são perfeitamente transmissoras e não-refletivas.
===CORPOS NEGROS PERFEITOS DE KIRCHHOFF===
Kirchhoff em 1860 introduziu o conceito teórico de um corpo negro perfeito com um padrão de superfície de espessuras infinitamente pequenas totalmente absorventes, mas Planck notou algumas sérias restrições sobre essa ideia. Planck definiu três condições para um corpo negro: o corpo deve (i) permitir que a radiação entre mas não a reflita; (ii) possua uma espessura mínima adequada para absorver a radiação incidente e prevenir sua reemissão; (iii) satisfazer sérias limitações sobre scattering para prevenir a radiação de entrar e bouncing back out. Como consequencia, oos corpos negros perfeitos de Kirchhoff que absorvem toda a radiação que cai neles não pode acontecer num padrão de superfície infinitamente pequena, e impõe condições sobre scattering da luz dentro do corpo negro que são difíceis de satisfazer.
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