¿Por qué la radiación de cuerpo negro funciona para *todo*?

Todo lo que no está en el cero absoluto emite radiación infrarroja, nos enseñan.

Ahora supongo que eso no se aplica a la materia oscura y, en general, solo a los átomos con los que estamos familiarizados.

Un átomo por sí mismo absorbe solo frecuencias específicas, y esto da lugar a líneas de absorción espectral.

La materia condensada en grandes colecciones de átomos soportará fonones en la masa de electrones en la muestra, y estos cinco se elevan a espectros continuos.

Pero, ¿qué pasa con las nubes de hidrógeno neutro? ¿Cómo pueden emitir radiación de cuerpo negro a una temperatura arbitraria? ¿La enseñanza común es incorrecta o existen otros mecanismos (en cuyo caso la enseñanza del siguiente nivel es incorrecta o incompleta)?

Editar: esta pregunta probablemente lo esté cubriendo. El dup sugerido no lo hace .

Es interesante que los comentarios y las respuestas hasta ahora no estén de acuerdo entre sí ni con otras publicaciones, por lo que todavía me pregunto sobre la autoridad de la respuesta. Voy a resumir dentro de un día después de leer con atención.

Las nubes de hidrógeno neutro no emiten radiación de cuerpo negro. Las nubes de polvo interestelar lo hacen porque tienen granos de polvo, pero las nubes de hidrógeno no. ¿Tiene alguna referencia que sugiera que lo hacen?
@JohnRennie: como pregunta secundaria, ¿es esa afirmación (es decir, nubes de hidrógeno neutro que no emiten radiación de cuerpo negro) generalmente cierta, o solo en el espacio interestelar? Pregunto porque me pregunto por qué un gas neutro no emitiría radiación térmica, ¿o es solo hidrógeno?
Creo que uno tiene que tener claro lo que quiere decir con radiación de cuerpo negro y radiación térmica . La mayoría de la gente piensa que la radiación de cuerpo negro es radiación cuyo espectro es continuo y (quizás aproximadamente) sigue el espectro ideal del cuerpo negro. Por radiación térmica se entendería cualquier radiación cuya energía se deriva de la temperatura del objeto. Un gas de hidrógeno diluido tendría un espectro térmico que comprende líneas discretas. La mayoría de la gente no llamaría a eso radiación de cuerpo negro. Radiación de cuerpo negro. es térmica, pero térmica rad. no es necesariamente cuerpo negro.
@honeste_vivere: esto está cubierto un poco en mi respuesta a Blackbody o emisión característica de radiación
Incluso una nube de hidrógeno neutro puede emitir radiación bb. Solo necesita ser ópticamente grueso en todas las longitudes de onda y en equilibrio térmico. En la práctica, eso significa una gran cantidad de hidrógeno, tanto que, de hecho, no había suficiente ni siquiera en la época de la recombinación.
Ah, está bien, ya veo... Eso es lo que pensé, simplemente tomé tu comentario demasiado literalmente.
Referencia: bueno, este post para uno. Afirma cualquier cosa .

Respuestas (3)

La radiación de cuerpo negro solo funciona para cuerpos negros. Si su objeto no se absorbe bien en alguna región espectral, la fórmula de Planck por sí sola dará resultados incorrectos para este objeto en esa región.

Lo que realmente desea aplicar a las nubes de hidrógeno y cualquier otro cuerpo que no sea realmente negro es la ley de radiación térmica de Kirchhoff . Como está escrito en la página de Wikipedia vinculada anteriormente, esta ley establece que

Para un cuerpo de cualquier material arbitrario que emita y absorba radiación electromagnética térmica en cada longitud de onda en equilibrio termodinámico, la relación entre su poder emisor y su coeficiente de absorción adimensional es igual a una función universal solo de temperatura y longitud de onda radiativa. Esa función universal describe el poder emisivo perfecto del cuerpo negro.

La función universal mencionada es la conocida distribución de Planck B ( λ , T ) . Entonces, si su objeto de interés tiene coeficiente de absorción α ( λ ) en longitud de onda λ , entonces la energía I ( λ , T ) emitida por el objeto está dada por

I ( λ , T ) = α ( λ ) B ( λ , T ) .

Esto significa que, de hecho, las nubes de hidrógeno no emitirán a una frecuencia arbitraria. Esta es también la razón por la cual el diamante no brilla cuando está caliente .

Todo lo que no está en el cero absoluto emite radiación infrarroja, nos enseñan.

Si por "todo" calificas con "compuesto de átomos y moléculas" sí; no solo el infrarrojo, por supuesto, sino que la materia a una temperatura promedio emitirá radiación electromagnética debido a colisiones en gases y transiciones vibratorias y rotacionales en líquidos y sólidos, y por supuesto en plasmas .

Pero, ¿qué pasa con las nubes de hidrógeno neutro? ¿Cómo pueden emitir radiación de cuerpo negro a una temperatura arbitraria?

Si el gas es bastante denso, tendrá una energía cinética media para sus moléculas que en colisiones, por el desbordamiento de campos eléctricos, emitirá radiación electromagnética, y dependiendo de la temperatura tendrá mayoritariamente un espectro infrarrojo y de menor frecuencia.

Si la radiación de la materia sigue la ley de Planck o necesita modificaciones debido al medio específico es un tema de estudio particular.

¿La enseñanza común es incorrecta o existen otros mecanismos (en cuyo caso la enseñanza del siguiente nivel es incorrecta o incompleta)?

No está mal, excepto que la radiación no es solo en el infrarrojo. Mire el espectro de irradiación solar del sol que se aproxima bastante bien con una fórmula de cuerpo negro.

insolación

Su nube de hidrógeno puede considerarse un gas muy diluido cuando se observa en escalas de tiempo y distancia lo suficientemente largas. En un gas, las colisiones entre átomos/moléculas son el mecanismo microscópico de la radiación térmica.

En general, todo lo que se necesita para la radiación térmica son partículas cargadas y movimiento térmico .

¿Por qué la radiación de cuerpo negro funciona para *todo*?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 1v