Ciência >Física > Radiação > Conceito de Corpo Negro
Neste artigo, estudaremos o conceito de corpo negro e sua realização na prática.
Perfeitamente Corpo Negro:
Um corpo que absorve todo o calor radiante incidente sobre ele é chamado de um corpo perfeitamente negro. Assim, o coeficiente de absorção de um corpo perfeitamente preto é igual a 1. Na verdade, a negritude de tal corpo deve-se ao fato de que ele não reflete ou transmite qualquer parte do calor incidente sobre ele.
Nenhum corpo existe na natureza, que pode ser chamado de um corpo perfeitamente preto. Para fins práticos, o preto da lâmpada que absorve quase 98% do calor incidente sobre ele é considerado como um corpo perfeitamente preto.
Características do corpo perfeitamente preto:
- Um corpo perfeitamente preto que absorve todo o calor radiante incidente sobre ele.
- O coeficiente de absorção para ele é igual a 1.
- A escuridão de tal corpo é devido ao facto de não reflectir ou transmitir qualquer parte do calor incidente sobre ele. Assim, o coeficiente de reflexão e coeficiente de transmissão são zero.
O corpo negro doerry:
Um corpo que absorve todo o calor radiante incidente sobre ele é chamado de corpo perfeitamente negro.
- Construção: Pode ser construído artificialmente tomando uma esfera de metal oca de parede dupla, com um pequeno furo. A superfície interna da esfera é revestida com uma lâmpada preta e tem uma projeção cônica no lado oposto do furo.
- Trabalho: A radiação que entra na esfera através deste buraco sofre reflexos múltiplos. Durante cada reflexão, cerca de 98% do calor radiante incidente é absorvido pela esfera. Portanto, a radiação é completamente absorvida pela esfera dentro de poucos reflexos. Desta forma, a esfera age como um corpo perfeitamente preto cuja área efectiva é igual à área do buraco.
Espectro de um Corpo Negro:
Um corpo negro emite radiações de todos os comprimentos de onda possíveis, de zero a infinito. Estas radiações são de natureza electromagnética. Estas radiações não dependem da natureza da superfície do corpo negro, mas dependem apenas da sua temperatura absoluta. As radiações do corpo negro estendem-se por toda a gama de comprimentos de onda de ondas eletromagnéticas. A distribuição de energia em toda esta faixa de comprimento de onda ou freqüência é conhecida como o espectro de radiação do corpo negro.
Um instrumento sensível chamado bolômetro é usado para encontrar a densidade de energia entre os comprimentos de onda λ e λ + dλ, Ao girar o prisma do instrumento esta densidade de energia é encontrada para toda a faixa de comprimentos de onda a uma temperatura constante do corpo perfeitamente negro.
Representação gráfica:
Características do espectro de um corpo negro:
- A potência emissiva de um corpo perfeitamente negro aumenta com um aumento da sua temperatura para cada comprimento de onda.
- Cada curva tem uma forma característica e cada uma delas tem um máximo, ou seja, a potência emissiva máxima correspondente a um determinado comprimento de onda.
- A posição dos máximos desloca-se para a região ultravioleta (comprimento de onda mais curto) com um aumento da temperatura.
- λm T = Constante (lei de deslocamento de Viena)
- A área sob cada curva dá a potência radiante total por unidade de área do corpo negro a essa temperatura e é directamente proporcional a T4 (Verificação da lei de Stefan)
Lei de deslocamento de Viena:
Para um corpo negro, o produto da sua temperatura absoluta e o comprimento de onda correspondente à radiação máxima de energia é constante.
Assim, λm T = Constante
O valor da constante da lei de deslocamento de Viena é2,898 x 10-3 mK.
Significado da lei de deslocamento de Viena:
- Esta lei pode ser usada para a superfície da temperatura das estrelas. Este é o único método para determinar a temperatura dos corpos celestes.
- Explica a mudança de cor no sólido no aquecimento de vermelho baço (comprimento de onda mais longo) para amarelo (comprimento de onda mais curto) para branco (todos os comprimentos de onda de espectros visíveis).
Simples Radiation Correction:
O calor específico de um sólido ou líquido é determinado pelo método de misturas. O sólido é aquecido a uma temperatura elevada. Ele é deixado em um calorímetro contendo água (ou líquido) à temperatura ambiente. Finalmente, a temperatura máxima da mistura é anotada. Agora, à medida que a temperatura da mistura começa a aumentar, a mistura começa a perder calor por condução e radiação. A perda de calor por condução pode ser minimizada circundando a mistura por um mau condutor de calor, como algodão, lã, etc. Entretanto, a perda de calor por radiação não pode ser interrompida.
Então a temperatura máxima da mistura é sempre menor do que a temperatura que atingiria se não houvesse radiação. Esta correção a ser feita na temperatura final da mistura é chamada de correção de radiação.
Método de aplicação da correção de radiação:
Um cronômetro é iniciado no momento em que o sólido é lançado no líquido e o tempo t tomado pela mistura para atingir a temperatura máxima é θ anotado.
A mistura é então permitida a esfriar pelo tempo t / 2. Deixe ‘θ’ ser a temperatura da mistura após o tempo t / 2.
Então, correção de radiação = Δθ = ½ (θ – θ )
Temperatura máxima da mistura = θ + Δθ
Efeito estufa:
A superfície da terra absorve a energia térmica do sol e torna-se uma fonte de radiação térmica. O comprimento de onda da radiação reside na região infravermelha. Uma grande parte da radiação é absorvida por gases de efeito estufa como dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, clorofluorocarbonos, ozônio troposférico. Devido ao qual a atmosfera da terra aquece e a atmosfera dá mais energia à terra resultando em uma superfície mais quente.
O processo acima se repete até que não haja radiações disponíveis para absorção. Este aquecimento da superfície e da atmosfera da terra é chamado efeito estufa. O significado do efeito estufa é que ele mantém a terra mais quente, o que leva à biodiversidade. Na ausência deste efeito a temperatura da terra seria de -18° C.
mas devido às atividades humanas, as quantidades de gases de efeito estufa estão aumentando rapidamente tornando a terra mais quente. Este aumento pode perturbar a vida das plantas e dos animais. Pode resultar no derretimento do gelo nas regiões polares, o que pode levar a um aumento do nível do mar submergindo as regiões costeiras.
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