O que é a lei de Stefan-Boltzmann – constante de Stefan-Boltzmann – definição

Direito de Stefan – Boltzmann

A taxa de transferência de calor por radiação , q [W / m ² ], de um corpo (por exemplo, um corpo preto) para seus arredores é proporcional à quarta potência da temperatura absoluta e pode ser expressa pela seguinte equação:

q = εσT ⁴

onde σ é uma constante física fundamental chamada constante de Stefan-Boltzmann , que é igual a 5.6697 × 10 ^-8 W / m ² K ⁴ . A constante Stefan-Boltzmann recebeu o nome de Josef Stefan (que descobriu a lei de Stefa-Boltzman experimentalmente em 1879) e Ludwig Boltzmann (que a derivou teoricamente logo depois). Como pode ser visto, a transferência de calor por radiação é importante em temperaturas muito altas e no vácuo .

q = εσ (T ⁴ _{1 −} T ⁴ ₂ ) [J / m ² s]

O fator de área A _1-2 é a área visualizada pelo corpo 2 do corpo 1 e pode se tornar bastante difícil de calcular.

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.