¿Por qué diferentes metales brillan en rojo a diferentes temperaturas?

De acuerdo con todo lo que me han enseñado sobre la incandescencia y la radiación de cuerpo negro, y algunas búsquedas rápidas en Google para confirmar que no estoy loco, casi todo, independientemente de la composición, debería comenzar a brillar en rojo aproximadamente a la misma temperatura: 798K, el Draper punto, donde la energía suficiente en la curva de radiación del cuerpo negro cruza el espectro visible para ser visible.

Sin embargo, un amigo metalúrgico me acaba de informar que diferentes metales en su experiencia comienzan a brillar en rojo a temperaturas muy diferentes; normalmente, justo por debajo de sus puntos de fusión. Por ejemplo, aparentemente el aluminio brilla en rojo a temperaturas mucho más bajas que el acero.

Mi hipótesis hasta ahora: los metales en cuestión están lejos de ser cuerpos negros perfectos (razonable, ya que la mayoría de los metales son brillantes), y los diferentes niveles de emisividad en el extremo inferior del espectro visible requieren diferentes temperaturas para elevar la emisión total en ese rango a visible. niveles Esto, sin embargo, no explica por qué debería haber alguna conexión entre el punto de incandescencia y el punto de fusión.

¿Estoy cerca de corregir? ¿Hay otra explicación mejor? ¿O mi amigo simplemente está loco?

Más interesantes. ¿Cómo explica tu amigo cómo funciona un pirómetro? El pirómetro multicolor moderno es propenso a errores: las variaciones en la emisividad de la superficie con la frecuencia lo engañarán. Pero no es TAN poco confiable: funciona bastante bien para las protuberancias de hierro de una acería (tenía bastante experiencia con este tipo de cosas cuando era un ingeniero muy joven). El punto es: los pirómetros asumen una versión escalada (por emisividad) de la ley de Planck para calcular la temperatura del espectro, por lo que su confiabilidad razonable significa que la teoría debe funcionar bastante bien en muchos casos.
Véase también mi respuesta aquí . La parte principal es la ley de radiación térmica de Kirchhoff.
@WetSavannaAnimalakaRodVance La razón por la cual el pirómetro aún puede funcionar dentro del contexto de la teoría de Logan es que la transición a una alta emisividad ocurre de manera bastante uniforme en el espectro relevante y los pirómetros comparan la luminosidad relativa en dos o más longitudes de onda.
Como contraejemplos comunes, ni el mercurio ni el galio brillan en rojo cerca de sus puntos de fusión. Sin embargo, se acercarán a 798K.
@Asher, eso se debe a que sus temperaturas de fusión no son lo suficientemente altas para brillar incluso con una emisividad perfecta. Este fenómeno solo puede aumentar la temperatura para brillar, no disminuirla. Verificar Hg o Ga en longitudes de onda IR en lugar de visibles debería mostrar un fenómeno análogo.
@Aabaakawad Estaba comentando la pregunta publicada, pero gracias por la aclaración.
@Aabaakawad Por supuesto: por eso son pirómetros multicolores. Pero la forma del espectro de emisión aún se mantiene bastante bien, aunque con un multiplicador diferente, dependiente de la temperatura y aproximadamente independiente de la longitud de onda. ϵ ( T ) . Pero la pregunta del OP parece negar la forma del espectro en sí. Sea testigo de que un material con una emisividad dependiente de la temperatura, aproximadamente independiente de la longitud de onda, aún brillará en rojo a la misma temperatura que un cuerpo negro, solo que la intensidad será diferente
@WetSavannaAnimalakaRodVance, un metal sólido de unión a electrones está superando la baja emisividad/absorción. Por eso son tan brillantes. Ver respuesta de ShankRam: physics.stackexchange.com/a/211919/92732 Ver también physics.stackexchange.com/questions/64088/…

Respuestas (3)

Todos los materiales tienen algo de color (es decir, no son cuerpos perfectamente negros o blancos). Entonces, incluso a temperaturas incandescentes, si están iluminados, hay luz reflejada con color. Un buen ejemplo de cuerpo no negro sería el vidrio; al ablandar una varilla de vidrio en la llama de un mechero Bunsen, brilla en rojo, pero hay poco acoplamiento óptico del material transparente con la luz visible, por lo que es probable que vea un brillo de sodio amarillo en la llama del mechero Bunsen cuando la varilla de vidrio comienza a derretirse , en lugar del rojo del vaso caliente. Los pirómetros ópticos funcionan mejor cuando se miran a través de un agujero en una cámara de horno oscura. No importa cuán ineficiente sea la emisión de luz, cuando el contenido del horno está a una temperatura alta y uniforme, la curva de cuerpo negro es el color emitido, porque la ausencia de negrura significa que se ve reflejo o transmisión.

"(...) poco acoplamiento óptico del material transparente con la luz visible (...)". no entiendo esto ¿Alguien podría elaborar?
@MadsSkjern Un reflector o un objeto transparente tiene poco color propio y no puede emitir luz fácilmente debido a eso (es una perogrullada que los objetos 'blancos' también son emisores térmicos deficientes). El color familiar del acero al rojo vivo proviene del óxido negro (delgado) en la superficie del acero, pero la plata no muestra "rojez" cuando está a la misma temperatura.

Diferentes metales brillarían a diferentes temperaturas debido a sus diferentes habilidades para retener electrones. Algunos metales retienen sus electrones muy débilmente y otros los retienen con mucha fuerza. La temperatura a la que brilla depende de la fuerza de esta fuerza. Las cosas brillan ya sea por el espectro de absorción o de emisión. Cuanto menor sea la fuerza con la que el núcleo sujeta el electrón, menor será la energía necesaria para hacerlo brillar. En realidad, para obtener una respuesta más satisfactoria, debe publicar esta pregunta en el intercambio de pila de química.

Editar: la capacidad de permanecer sólido también depende de esta fuerza, de ahí la conexión entre el punto de fusión y el rojo brillante.

Esto también está cubierto en physics.stackexchange.com/q/64088
No tengo conocimiento de ninguna conexión entre la energía de enlace de electrones y la radiación de cuerpo negro, ¿podría proporcionar una fuente?
El efecto fotoeléctrico explicó claramente la radiación del cuerpo negro. Einstein propuso la conexión entre la frecuencia de la luz y la función de trabajo. Puede consultar varias fuentes para el mismo.

No existe una relación directa entre el punto de fusión y el color de la luz producida, solo que parte de la energía térmica se utiliza para romper las fuerzas intermoleculares y una parte se transfiere a los átomos. Entonces, para un punto de fusión más alto, se usa una mayor parte de la energía para romper la atracción intermolecular y cambiar su estado de la materia.

El resto se explica por la explicación de la radiación del cuerpo negro de Max Plank. Cuando se le da energía al átomo, su electrón de valencia se excita y salta a niveles de energía más altos y regresa a la capa original emitiendo rayos electromagnéticos de diferentes longitudes de onda, como las primeras radiaciones de baja energía como la de infrarrojos, rojo, etc. a medida que aumenta el calor.

Y su pregunta sobre la luz diferente en diferentes elementos se explica por la ley de conservación de la energía. despreciando la energía perdida en la ruptura de las fuerzas intermoleculares, la misma energía dada a dos átomos diferentes produce la misma luz sin importar de qué elemento se trate.

Creo que te equivocaste: la radiación del cuerpo negro no tiene nada que ver con las transiciones electrónicas en los átomos. En cambio, la radiación se explica si tratamos las partículas que forman el cuerpo negro como osciladores. Tu penúltima oración también está mal.
El modelo atómico de Bohr puede explicar la radiación del cuerpo negro en el que se explica claramente que los átomos saltan de órbita tomando cuantos de energía y regresan emitiendo rayos EM de cierta longitud de onda. Y por cierto, puede haber más de una explicación para un solo fenómeno.
El espectro del cuerpo negro es suave/continuo en todas las longitudes de onda, no es discreto como lo sería si (como usted afirma) la radiación del cuerpo negro fuera causada por transiciones electrónicas.
@pentane Incluso si un material fuera atómico con solo dos niveles de energía posibles, aún podría emitir radiación de cuerpo negro siempre que hubiera algo de opacidad (tal vez debido a la expansión natural, térmica o de presión) en las alas de la línea. Sin embargo, tiene razón en que sería difícil hacer un objeto como un cuerpo negro: tendría que ser físicamente muy grueso para ser ópticamente grueso en todas las longitudes de onda.