Radiação do Corpo Negro

Por Glauber Luciano Kítor
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.

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.

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.

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.