¿Por qué el negro es mejor emisor de calor que el blanco? [duplicar]

Sé que el negro absorbe la luz y la convierte en calor, lo que lo convierte en un buen emisor de calor radiante mientras que el blanco lo refleja. Digamos que si coloco 2 vasos, 1 negro y 1 blanco, del mismo material, en un cuarto oscuro, ¿cuál se enfría más rápido? ¿Por qué el negro es un mejor emisor? ¿Es porque convierte la luz en calor?

Respuestas (1)

La existencia de equilibrio exige que la emisividad sea igual a la absortividad .

Mientras un cuerpo emita, por ejemplo, más energía que la que absorba, su temperatura disminuirá: por lo tanto, como el equilibrio térmico implica que todas las partes del sistema comparten la misma temperatura, para que se alcance el equilibrio, la emisividad del cuerpo debe ser igual a su capacidad de absorción. . Véase la ley de radiación térmica de Kirchhoff .

Otro punto a considerar es que ser blanco o negro son características del objeto con respecto a las frecuencias visibles de la luz, mientras que a temperatura ambiente la mayor parte de la emisión/absorción ocurre a frecuencias más bajas (infrarrojo). Por ejemplo, las imágenes infrarrojas de la caja de aluminio de abajo hacen evidente que las emisividades de sus superficies blanca y negra son muy similares (como se explica en su manual ).

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Fuente: Wikipedia

Respuesta : Ahora, si las copas son "negras" y "blancas" en el infrarrojo, entonces la copa negra se enfriará más rápido, ya que está emitiendo energía a través de la radiación a un ritmo más alto que la blanca (y absorbiendo menos que emitiendo, ya que el medio ambiente es más fresco).

@EricTowers, ¡gracias por ver eso! Ya está corregido.
Cuando dice "la emisividad debe ser igual a su capacidad de absorción", está diciendo que dos coeficientes de eficiencia deben ser iguales. ¿Está seguro de que no quiere decir que "la energía emitida debe ser igual a su energía absorbida" (o algo similar)?
@EricTowers, sí, estoy bastante seguro: los coeficientes son iguales. Las energías serán las mismas solo cuando estén en equilibrio. Por ejemplo, se garantiza que la taza se enfríe precisamente porque sus coeficientes son los mismos, mientras que el ambiente, al ser más frío, tiene menos radiación para que la taza la absorba. El artículo de Wikipedia lo explica muy bien: en.wikipedia.org/wiki/…
Has malinterpretado Wikipedia. Observa correctamente que la integral de energía emitida es igual a la integral de energía absorbida. Bajo el supuesto de que el espectro de fotones tiene una distribución de cuerpo negro, esto obliga a que los coeficientes de eficiencia sean iguales en todas las longitudes de onda. Sin embargo, ningún cuerpo es un cuerpo negro, por lo que esta igualdad de coeficientes esencialmente nunca sucede. El equilibrio del flujo de energía es la condición de equilibrio correcta para los cuerpos reales.
@EricTowers, creo que estás equivocado, pero tal vez yo lo esté, ¿tienes una referencia al respecto? Para mí, parece que el equilibrio es todo lo que se necesita. (1) Esta prueba (physics.stackexchange.com/a/329052/75633) parece ser independiente de los cuerpos negros. (2) También "la ley de Kirchhoff se aplica exactamente, aunque no está presente ningún cuerpo perfectamente negro en el sentido de Kirchhoff". ( goo.gl/DouvRU ). (3) ¿No hay razones QM para creer que es verdad? ( goo.gl/eBk3DW ) (4) ¿O se refiere a correcciones más sofisticadas como pnas.org/content/114/17/4336.full.pdf ?
(1) La derivación en physics.SE deja caer el λ dependencia en ambos α s y ambos ϵ s, por lo que el resultado algebraico que obtienen es falso. Estoy seguro de que puedes pensar en muchas funciones distintas de cero cuya integral en algún intervalo es cero. Para la integral que obtienen, uno podría arreglar, para cada λ Eso tampoco α 1 ( λ ) = 0 o α 2 ( λ ) = 0 y ver que el cociente en α s es cero independientemente de la ϵ s. ...
(2) Esto es falso. Cualquier metro cúbico al azar en el interior del Sol es lo más cerca que uno puede estar de este baño termal isotrópico. El espectro de fotones en este volumen es casi planckiano, pero con vacíos característicos correspondientes al hidrógeno y al helio. Así fue como se descubrió el helio. (Tenga cuidado. También hay vacíos causados ​​por gases "fríos" cerca de la superficie y en la corona donde se rompe la cercanía a un baño termal isotrópico. No todas esas líneas faltan en el interior).
(3) Stefan-Boltzmann supone que el emisor es un cuerpo negro. Si el cuerpo sigue algún otro perfil de emisión, entonces la condición de equilibrio es que la energía total que sale es igual a la energía total que llega. Considere el espectro solar de arriba: menos energía sale del sistema solar en esas líneas oscuras. Si arrojamos al Sol en una de estas mágicas cajas termalizadas isotrópicas, el espectro de fotones en la caja siempre será deficiente en esas líneas porque el sistema solar las absorbe fácilmente pero las emite por debajo de lo normal.
(4) No. Nada tan exótico.
Vale la pena señalar la Ley de Kirchhoff , donde encontramos " cualquier material arbitrario que emita y absorba radiación electromagnética térmica en cada longitud de onda en equilibrio termodinámico " y "la igualdad de emisividad y absorción a menudo no se cumple cuando el material del cuerpo no está en equilibrio termodinámico". " Tanto el OP como su escenario de un objeto que emite más de lo que absorbe (o viceversa) no describen condiciones de equilibrio.
@EricTowers, creo que es una gran discusión, pero en el lugar equivocado. :) Estoy considerando publicarlo como una pregunta más adelante (quizás hoy todavía), y te advierto aquí al respecto (no elimines los comentarios todavía). Me encantaría que pusieras tus argumentos en una respuesta. Con suerte, también recibiremos algunos comentarios de la comunidad.
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