O que é a lei de deslocamento de Wien – Definição

Lei de deslocamento de Viena

Como pode ser visto na figura, a curva de radiação do corpo negro para diferentes temperaturas atinge o pico em um comprimento de onda inversamente proporcional à temperatura . A lei de Wien (nomeada após um físico alemão) descreve a mudança desse pico em termos de temperatura. A lei de deslocamento de Wien , e o fato de a frequência ser inversamente proporcional ao comprimento de onda, também indica que o pico de frequência f _max  ( cor do objeto ) é proporcional à temperatura absoluta T do corpo negro. Portanto, conforme a temperatura aumenta, a cor do brilho muda de vermelho para amarelo para branco e azul.

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:

onde 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.

Radiação de corpo negro

Sabe-se que a quantidade de energia de radiação emitida a partir de uma superfície em um determinado comprimento de onda depende do material do corpo e das condições de sua superfície , bem como da temperatura da superfície . Portanto, vários materiais emitem quantidades diferentes de energia radiante, mesmo quando estão na mesma temperatura. Um corpo que emite a quantidade máxima de calor para sua temperatura absoluta é chamado de corpo negro .

Um corpo negro é um corpo físico idealizado, com propriedades específicas. Por definição, um corpo negro em equilíbrio térmico tem uma emissividade de ε = 1,0 . Objetos reais não irradiam tanto calor quanto um corpo preto perfeito. Eles irradiam menos calor que um corpo preto e, portanto, são chamados corpos cinzentos.

A superfície de um corpo negro emite radiação térmica a uma taxa de aproximadamente 448 watts por metro quadrado em temperatura ambiente (25 ° C, 298,15 K). Objetos reais com emissividades inferiores a 1,0 (por exemplo, fio de cobre) emitem radiação a taxas correspondentemente mais baixas (por exemplo, 448 x 0,03 = 13,4 W / m ² ). A emissividade desempenha papel importante nos problemas de transferência de calor. Por exemplo, coletores solares de calor incorporam superfícies seletivas com emissividades muito baixas. Esses coletores desperdiçam muito pouco da energia solar através da emissão de radiação térmica.

Como a absorção e a emissividade estão interconectadas pela Lei de Kirchhoff da radiação térmica , um corpo negro também é um absorvedor perfeito da radiação eletromagnética.

Lei de Kirchhoff da radiação térmica :

Para um corpo arbitrário que emite e absorve radiação térmica em equilíbrio termodinâmico, a emissividade é igual à absorção.

emissividade ε = absortividade α

Um corpo negro absorve toda a radiação eletromagnética incidente, independentemente da frequência ou ângulo de incidência. Sua absorção é, portanto, igual à unidade, que também é o valor mais alto possível. Ou seja, um corpo negro é um absorvedor perfeito (e um emissor perfeito ).

Note que a radiação visível ocupa uma faixa muito estreita do espectro de 0,4 a 0,76 nm, não podemos fazer julgamentos sobre a escuridão de uma superfície com base em observações visuais. Por exemplo, considere o papel branco que reflete a luz visível e, portanto, parece branco. Por outro lado, é essencialmente preto para radiação infravermelha (capacidade de absorção α = 0,94 ), pois eles absorvem fortemente a radiação de comprimento de onda longo.