Corpo negro
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Na física, um corpo negro é um corpo que absorve toda a radiação que nele incide: nenhuma luz o atravessa nem é refletida. Apesar do nome, corpos negros produzem radiação eletromagnética, tal como luz. Quando um corpo negro é aquecido, essas propriedades o tornam uma fonte ideal de radiação térmica. Se um corpo negro ideal a certa temperatura é cercado por outros objetos da mesma temperatura e em equilíbrio térmico, um corpo negro em média emitirá exatamente a mesma quantidade que absorve, em todos os comprimentos de onda: cada raio que atinge o objeto é absorvido, então ele será emitido da mesma forma.
Um corpo negro a uma temperatura T emite exatamente os mesmos comprimentos de onda e intensidades que estariam presentes num ambiente em equilíbrio térmico em T. Como a radiação em tal ambiente possuiria um espectro dependente apenas de sua temperatura, a temperatura do objeto está diretamente associada aos comprimentos de onda que emite. Em temperatura ambiente, corpos negros emitem infravermelho, mas à medida que a temperatura aumenta algumas centenas de graus Celsius, corpos negros começam a emitir radiação em comprimentos de onda vísiveis: começando no vermelho, passando por amarelo, branco e finalmente acabando no azul, após o qual a emissão passa a incluir crescentes quantidades de ultravioleta.
A radiação emitida por um corpo negro mostrou uma falha na teoria clássica, que explicava as emissões satisfatoriamente apenas em baixas temperaturas. O estudo das leis de corpos negros levou ao surgimento da mecânica quântica.
O termo "corpo negro" foi introduzido por Gustav Kirchhoff em 1860.
[editar] Explicação
Experimentalmente, a radiação mais próxima à de um corpo negro ideal é a emitida de pequenas aberturas para extensas cavidades. Qualquer luz entrando pela abertura deve ser refletida várias vezes nas paredes da cavidade antes de escapar e, então, a probabilidade de que seja absorvida pelas paredes durante o processo é muito alta, independente de qual seja o material que a compõe ou o comprimento de onda da radiação. Tal cavidade então é uma aproximação de um corpo negro e, ao ser aquecida, o espectro da radiação do buraco (a quantidade de luz emitida do buraco em cada comprimento de onda) é contínuo, e não depende do material da cavidade (compare com espectro de emissão). Por um teorema provado por Kirchhoff, o espectro observado depende apenas da temperatura das paredes da cavidade. A Lei de Kirchhoff nos diz que num corpo negro ideal, em equilíbrio termodinâmico a temperatura T, a radiação total emitida deve ser igual a radiaçao total absorvida.
Calcular a curva formada pelo espectro de radiação emitido por um Corpo Negro foi um dos maiores desafios no campo da Física Teórica durante o fim do século XIX. O problema finalmente foi resolvido em 1901 por Max Planck com a Lei de Planck da Radiação de Corpo Negro. Fazendo mudanças na Lei da Radiação de Wien consitentes com a termodinâmica e o eletromagnetismo, ele achou uma fórmula matemática descrevia os dados experimentais de maneira satisfatória. Para achar uma interpretação física, Planck, então, assumiu que a energia das oscilações na cavidade são quantizadas. Einstein trabalhou em cima desta idéia e propôs a quantização da radiação eletromagnética em 1905 para explicar o efeito fotoelétrico. Estes avanços teóricos resultaram na substituição do eletromagnetismo clássico pelos quanta (plural de quantum) eletrodinâmicos. Hoje, estes quanta são chamados fótons. Também, isso levou ao desenvolvimento de versões quânticas para a mecânica estatística, chamada estatística de Fermi-Dirac e estatística de Bose-Einstein, cada uma aplicável à classes diferentes de partícuals. Veja também férmions e bósons. O comprimento de onda na qual é radiação é máxima é dada pela Lei de Wien e a potência total emitida por unidade de área é dada pela Lei de Stefan-Boltzmann. Então, a temperatura aumenta, a cor muda de vermelho para amarelo para branco para azul. Mesmo que o pico do comprimento de onda mova-se para o ultravioleta, a radiação continua sendo emitida no comprimento de onda do azul.
A luminosidade ou intensidade observada não é função da direção. Então, um corpo negro é um iradiador de Lambert ideal. Objetos reais nunca se comportam como corpos negros ideais. A radiação emitida é uma fração do que a emissão ideal deveria ser. A emissividade de um material especifica o quão bem um corpo irradia energia em comparação à um corpo negro. Esta emissividade depende de fatores como temperatura, ângulo de emissão e o comprimento de onda. De qualquer maneira, é comum na engenharia assumir que a emissividade espectral de uma superfície não depende do comprimento de onda, então a emissividade é uma constante. Isso é conhecido como corpo cinza.
