No entiendo por qué una cavidad con un agujero es un cuerpo negro [duplicado]

Abordaré esta parte de la pregunta:

¿Por qué exactamente una cavidad con un agujero se comporta como un cuerpo negro? ¿Por qué puedo hacer tal artilugio y simular y saltarme las consideraciones de una composición química especial que tiene que ocurrir en un cuerpo negro?

Uno comienza con un cuerpo negro, absorbiendo toda la radiación y emitiéndola en equilibrio termodinámico con el medio ambiente.

Uno debe ir a los procesos de pensamiento originales sobre la radiación del cuerpo negro y la discrepancia experimental entre los cálculos con la teoría electromagnética clásica que era la única conocida en ese momento:

A medida que la temperatura disminuye, el pico de la curva de radiación del cuerpo negro se mueve hacia intensidades más bajas y longitudes de onda más largas. El gráfico de radiación de cuerpo negro también se compara con el modelo clásico de Rayleigh y Jeans.

Esta predicción es la línea divergente en la trama. como se llego

La "radiación de cuerpo negro" o "radiación de cavidad" se refiere a un objeto o sistema que absorbe toda la radiación que incide sobre él y vuelve a irradiar energía que es característica de este sistema radiante únicamente, sin depender del tipo de radiación que incide sobre él. Se puede considerar que la energía radiada es producida por ondas estacionarias o modos resonantes de la cavidad que está radiando.

La cavidad era una forma razonable de modelar matemáticamente el campo electromagnético para la radiación observada/medida de todos los cuerpos, simplifica las matemáticas y el pequeño orificio permite que la radiación salga y se mida. Debe tener el mismo espectro que el que se irradia desde cualquier parte del cuerpo. Por consideraciones termodinámicas no importa si el cuerpo es hueco o no. El equilibrio es equilibrio y debe existir fuera y dentro. Un pequeño agujero es la sonda de lo que ocurre en su interior.

En el modelo clásico

Un modo para una onda electromagnética en una cavidad debe satisfacer la condición de campo eléctrico cero en la pared. Si el modo es de longitud de onda más corta, hay más formas de colocarlo en la cavidad para cumplir con esa condición. El análisis cuidadoso de Rayleigh y Jeans mostró que el número de modos era proporcional a la frecuencia al cuadrado.

A partir de la suposición de que los modos electromagnéticos en una cavidad se cuantizaron en energía con la energía cuántica igual a la constante de Planck multiplicada por la frecuencia, Planck derivó una fórmula de radiación.

La fórmula de radiación de Planck se ajustó a las curvas experimentales y mostró que las interacciones de las ondas con las paredes de la cavidad (la forma en que se alcanza el equilibrio termodinámico) se cuantificaron y la probabilidad de interacción tuvo que disminuir para frecuencias más altas y así se evitó la catástrofe ultravioleta.

Para responder a una pregunta que el OP planteó a la respuesta de Irish Physics :

¿Qué pasa con el hecho de que la radiación no se absorbe realmente en la caja y, en cambio, simplemente rebota por todo el interior? ¿Por qué esto no importa?

En realidad, necesita que la caja absorba la radiación y la vuelva a emitir, o al menos debe interactuar con el material de la caja de alguna manera. Esta es la única forma en que la radiación puede "termalizarse" ya que no hay interacciones fotón-fotón (al menos no en condiciones normales) y el punto de un cuerpo negro es que los estados de los fotones se distribuyen según la distribución de Boltzmann.

El objetivo de un cuerpo negro es hacer una "caja" que muestre, cuando mantienes su temperatura lo más constante posible en algún valor, digamos 300 K, cuál es la intensidad de la radiación emitida a través de un pequeño orificio en la caja. cambios con respecto a la frecuencia.

Entonces, la composición química de la caja realmente no importa, siempre y cuando no haga nada para evitar que la temperatura se mantenga estable en 300 K.

Lo mismo con la forma de la caja, siempre que la temperatura se mantenga estable a 300 K, puede tener la forma que desee.

aquí hay un enlace a un buen sitio que debería ayudar:

http://en.wikipedia.org/wiki/Black-body_radiation

A cualquier temperatura fija no habrá diferencia entre la radiación absorbida por las paredes de la caja y la radiación emitida por las paredes de la caja.

Estará en equilibrio termodinámico, equilibrado de modo que la radiación de energía y la absorción de energía (por las paredes de la caja del calor que está poniendo) sean exactamente iguales.

El tío de los monos ha explicado el resto de tu pregunta.

Como sabes por la termodinámica, el calor no puede fluir de un cuerpo a otro más caliente.

Imagine un cuerpo con una cavidad que no es un emisor de cuerpo negro perfecto. Pongámoslo cara a cara con una segunda cavidad, pero esta es un cuerpo negro perfecto. Inicialmente tienen la misma temperatura. La radiación fluirá del cuerpo negro perfecto al imperfecto, pero se reflejará una cantidad menor. El cuerpo negro imperfecto se estará calentando y violamos la termodinámica. Este es un argumento que dice que los coeficientes de emisión y absorción deben ser los mismos (en cualquier longitud de onda: de lo contrario, podría repetir el experimento mental anterior con los filtros apropiados en su lugar).

La cavidad se ve "negra" porque no refleja la luz que le damos (para la luz incandescente esto podría corresponder a una temperatura espectral de 3300 K aproximadamente) sino más bien la emisión de luz "termalizada" correspondiente a su temperatura (que es mucho más bajo).

En cuanto a las unidades trazadas en un espectro, sí, el eje vertical tiene que mostrar la "densidad" de intensidad, ya que la luz de una sola longitud de onda (infinitamente estrecha) no puede transportar energía. Si traza la longitud de onda a lo largo del eje X, las unidades son intensidad/m; es tu frecuencia, las unidades son intensidad * tiempo. De cualquier manera$\int{I\cdot dx}$da la intensidad total en el rango sobre el que se integra (donde$x$es longitud de onda o frecuencia).