O que é a Lei de Planck – Hipótese de Planck – Definição

A lei de Planck é um resultado pioneiro da física moderna e da teoria quântica. A hipótese de Planck afirma que a energia é irradiada e absorvida em “quanta” discretos

Lei de Planck – Hipótese de Planck

lei de Stefan-Boltzmann determina a potência emissiva total do corpo negro, E b , que é a soma da radiação emitida em todos os comprimentos de onda. A lei de Planck descreve o espectro da radiação do corpo negro , que depende apenas da temperatura do objeto e relaciona a potência emissiva do corpo negro espectral, E  . Esta lei recebeu o nome de um físico teórico alemão Max Planck, que a propôs em 1900. A lei de Planck é um resultado pioneiro da física moderna e da teoria quântica. A hipótese de Planck de que a energia é irradiada e absorvida em “quanta” discretos (ou pacotes de energia) correspondiam precisamente aos padrões observados de radiação do corpo negro e resolviam a catástrofe ultravioleta.

Usando esta hipótese, Planck mostrou que a radiação espectral de um corpo para a frequência ν na temperatura absoluta T é dada por:

lei de plancks - equaçãoOnde

  • ν (v, T) é a densidade daradiaçãoespectral (a potência por unidade de ângulo sólido e por unidade de área normal à propagação) da densidade ν radiação por unidade de frequência no equilíbrio térmico na temperatura T
  • h é a constante de Planck
  • c é a velocidade da luz no vácuo
  • B é a constante de Boltzmann
  • ν é a frequência da radiação eletromagnética
  • T é a temperatura absoluta do corpo

lei de Planck tem as seguintes características importantes:

  • A radiação emitida varia continuamente com o comprimento de onda.
  • Em qualquer comprimento de onda, a magnitude da radiação emitida aumenta com o aumento da temperatura.
  • A região espectral na qual a radiação está concentrada depende da temperatura, com comparativamente mais radiação aparecendo em comprimentos de onda mais curtos à medida que a temperatura aumenta ( Lei de Deslocamento de Wien ).

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 .

Radiação de corpo negroUm 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.

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