Radiação do corpo negro

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Universidade Estadual da Bahia (UNEB)
Laboratório de física moderna
Professor: Walter Araújo
Discentes: Ednaldo dos Santos, Leandro Barreto, Márcio Matos Lima
Curso de Licenciatura em Física (EAD) 
2020.1 
	ATIVIDADE 
	 
	Radiação do corpo negro 
 
INSTRUÇÕES DE USO 
 
Descrição 
Como o espectro do corpo negro do sol se compara à luz visível? Aprenda sobre o espectro de corpo negro da Sirius A, do Sol, de uma lâmpada e da Terra. Ajuste a temperatura para ver o comprimento de onda e a intensidade da mudança do espectro. Veja a cor do pico da curva espectral. 
Link de acesso: 
https://phet.colorado.edu/sims/html/blackbody-spectrum/latest/blackbodyspectrum_pt_BR.html 
 
 
ATIVIDADE AVALIATIVA. 
 
1. Descrever o que acontece com o espectro de corpo negro à medida que aumenta ou diminui a temperatura. O que acontece com a forma da curva e o pico desta curva? 
À medida que a temperatura diminui, o pico da curva da radiação de um corpo negro se desloca para menores intensidades e maiores comprimentos de onda. 
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.
 
2. Descrever o espectro de corpo negro de uma lâmpada. Por que as lâmpadas ficam quentes? Elas parecem eficientes? 
A corrente elétrica quando passa através do filamento da lâmpada provoca o seu aquecimento, por meio do efeito Joule, comportando-se como um corpo negro. Quando a temperatura do filamento atinge aproximadamente 2.000 K, uma parte da energia é emitida na forma de luz visível, que é utilizada para iluminação, e outra parte da energia térmica é emitida no espectro do infravermelho não sendo então aproveitada na iluminação.
Para que tenhamos maior eficiência de iluminação de uma lâmpada elétrica, deve-se aumentar a temperatura do filamento. Para que uma lâmpada de filamento venha a produzir luz semelhante à luz do Sol, o filamento deve operar com uma temperatura semelhante à superfície solar, que é de aproximadamente 5.700 K. O material utilizado como filamento da lâmpada é o tungstênio que possui temperatura de fusão de 3.137 K.
Curso de Licenciatura em Física (EAD) 
2020.1 
3. Imagine que você veja dois objetos quentes e brilhantes - um está brilhando em laranja e o outro está brilhando em azul. Qual deles é mais quente? 
O objeto que está brilhando em azul é o mais quente.
4. Encontrar a relação entre a temperatura e o comprimento de onda no pico da curva. 
O fluxo emitido por um corpo negro é proporcional à quarta potência da temperatura. Essa relação é conhecida como lei de Stefan-Boltzmann. Lei de Wien: O comprimento de onda( λ ) em que um corpo negro tem o pico da radiação é inversamente proporcional à sua temperatura absoluta (T).
Energia total = sT4
5. Comente as diferenças entre a interpretação clássica Rayleigh e Jeans e a interpretação Quântica. 
6. Compare o espectro do corpo negro do sol com a luz visível. 
A luz visível de maior comprimento de onda — portanto, com a menor frequência — provoca a sensação visual do vermelho, e a luz visível de menor comprimento de onda — portanto, com a maior frequência — provoca a sensação visual do violeta.
Como as frequências das ondas do espectro eletromagnético variam de modo contínuo, temos naquela faixa do espectro infinitas frequências, o que corresponde a um número infinito de cores variando em degrade. Nesse degrade contínuo de cores destacam-se sete regiões, com as cores que podem ser vistas em um arco-íris. O Sol, que possui uma temperatura na superfície em torno de 5.800 K, tem o seu comprimento de onda médio no espectro visível e a estrela parece ser branca. 
A luz branca solar resulta da superposição das infinitas cores do espectro visível, e isso pode ser evidenciado quando um raio de luz branca do Sol atravessa um prisma de vidro. A decomposição da luz branca é explicada pela diferença no valor da velocidade de propagação de cada luz colorida em meios materiais: a velocidade de propagação, nos meios materiais, aumenta do violeta para o vermelho. 
7. Descreva o que acontece com a forma e o valor de pico da curva de radiação espectral à medida que você altera a temperatura. 
Conforme a temperatura da fonte luminosa aumenta, o espectro de corpo negro apresenta picos de emissão em menores comprimentos de onda, partindo das ondas de rádio, passando pelas micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios x e radiação gama.
8. Imagine que você vê duas estrelas no céu, uma está brilhando em laranja e a outra brilhando em azul. Qual um é mais quente? 
No mundo estelar ocorre algo semelhante. As estrelas não são todas idênticas. A temperatura de cada uma está intimamente relacionada com a sua coloração. Por exemplo, as estrelas azuladas são as mais quentes e possuem como elemento químico predominante na origem da coloração o hélio ionizado.
9. Determine a relação entre o comprimento de onda de pico e a temperatura do corpo negro. 
De acordo com a lei de deslocamento de Wien , o brilho espectral da radiação do corpo negro por unidade de comprimento de onda, atinge o pico no comprimento de onda λ max dado por:
Lei de Deslocamento de Wien - equaçãoonde T é a temperatura absoluta em Kelvins, b é uma constante de proporcionalidade, conhecida como constante de deslocamento de Wien , igual a 2,8978 × 10 -3 km . Deve-se notar que, mesmo a uma temperatura branca-quente de 2000 K, cerca de 99% da energia radiante ainda é irradiada no espectro infravermelho (invisível).
Embora a mudança desse pico seja uma conseqüência direta da lei de Planck , ela foi descoberta por Wilhelm Wien vários anos antes de Max Planck desenvolver essa equação mais geral.