¿Por qué las bombillas son emisores de radiación de cuerpo negro?

Si la definición de un cuerpo negro es:

“Un cuerpo negro es un objeto que absorbe toda la radiación que recibe (es decir, no refleja ninguna luz, ni permite que pase ninguna luz a través de él y salga por el otro lado). La energía que absorbe el cuerpo negro calienta hacia arriba, y luego emitirá su propia radiación".

Entonces, ¿por qué las bombillas son cuerpos negros? ¿No generan calor ellos mismos en lugar de absorber radiación y luego emitir radiación?

Un "cuerpo negro" es un nombre elegante para un objeto calentado. Una bombilla incandescente es un objeto calentado y por lo tanto un cuerpo negro. Y también lo es un carbón caliente. O un carbón frío, porque todavía se calienta a temperatura ambiente. Un cuerpo negro ideal no refleja la luz. El filamento de una bombilla refleja la luz. Entonces, las bombillas no son cuerpos 100% negros. Pero en serio, ¿cuánto refleja el filamento en comparación con lo que emite? Prácticamente nada. Entonces, las bombillas incandescentes (incluidas las halógenas) son cuerpos negros casi perfectos. Y por eso su luz es mucho más agradable.
@Bob Bee: ¡Gracias, Bob! Te lo agradezco. Soy nuevo en este foro y solo estoy aprendiendo sus reglas draconianas;) Muy a menudo tengo miedo de preguntar o responder, porque la gente me rechazaría por completo. Por ejemplo, nadie pudo responder la primera pregunta que hice, pero no dudó en rechazarla.
¡Gracias! Entonces, ¿eso significa que los LED y los CFL no son cuerpos negros?
Correcto, las bombillas LED y CFL no son cuerpos negros. Solo hay unas pocas fuentes de luz del tipo de cuerpo negro en la vida cotidiana. Estos son aproximadamente cuerpos negros: bombillas incandescentes y halógenas, metal caliente o carbón, sol y estrellas. Y estos NO son cuerpos negros: bombillas LED, CFL, HID (mercurio o sodio), luna o fuegos artificiales.

Respuestas (2)

"La energía que absorbe el cuerpo negro lo calienta y luego emite su propia radiación". --- Esta parte puede ser un poco engañosa. Debería leerse como

La energía que absorbe el cuerpo negro lo calienta y se emitirá como parte de su propia radiación.

De hecho, siempre que se absorba toda la radiación, es decir, no se refleje/atraviese, es un cuerpo negro. Un cuerpo negro no necesita absorber calor primero y luego comenzar a irradiar. Una bombilla se puede ver aproximadamente como un cuerpo negro; como resultado, si lo somete a radiaciones con una temperatura mucho más alta que su propia temperatura típica, se calentaría hasta (posiblemente más que) esa.

Creo que su perplejidad surge ya que la definición que citó es fácil de malinterpretar si no la mira detenidamente.

Intentemos dividirlo en dos partes:

  1. Un cuerpo negro es un cuerpo que absorbe toda la radiación que recibe (o, de manera equivalente, no refleja nada de ella).

  2. Un cuerpo negro es un cuerpo que se calienta por la energía que absorbe y, en consecuencia, emite radiación térmica (de hecho, radiación de cuerpo negro si está en equilibrio térmico con el medio ambiente).

Si observa con atención, no dice que dicho cuerpo se caliente solo por la radiación que absorbe. Dice energía .

En el caso concreto, una bombilla encendida recibe sólo una fracción muy pequeña de la energía que la calienta en forma de radiación del medio exterior. Todo el resto (casi todo) es suministrado por medio de una corriente eléctrica transportada por un cable: los electrones golpean los átomos de tungsteno haciéndolos vibrar con furia, y ya sabes que el calor es solo energía cinética.

Esto explica por qué el filamento (NO toda la bombilla) es una buena aproximación de un cuerpo negro. Sin embargo, no es perfecto, como mencionaron otros usuarios, ya que no es un absorbente perfecto (los absorbentes perfectos no existen en la naturaleza, hasta donde sabemos).

Tenga en cuenta que el filamento de la bombilla ya no es una buena aproximación de un cuerpo negro una vez que lo apaga .

Otra buena aproximación (aún mejor) de un cuerpo negro es la superficie del Sol (o de una estrella). Ciertamente, no emite tanta energía EM porque se calienta por la radiación absorbida de otras fuentes (que, sin embargo, está presente). Más bien es calentado por la fusión que ocurre cientos de miles de kilómetros más abajo.

Una declaración simple sobre el equilibrio térmico sería buena. Un cuerpo negro es algo que absorbe toda la radiación que incide sobre él y está en equilibrio térmico a una temperatura específica. El Sol no es un gran cuerpo negro porque diferentes longitudes de onda surgen de capas a diferentes temperaturas.
Me atrevería a no estar de acuerdo. De hecho, la definición misma de cuerpo negro no requiere equilibrio térmico para el propio cuerpo negro. El equilibrio térmico, sin embargo, es importante en la definición de radiación de cuerpo negro , y usted hizo bien en abordar mi publicación sobre eso (de hecho, la edité para tener en cuenta sus sugerencias). De hecho, la definición de radiación de cuerpo negro es solo radiación térmica de un cuerpo negro que está en t. equilibrio con su entorno. Vea mi otro comentario a continuación para abordar su otra objeción.
"El Sol no es un gran cuerpo negro porque diferentes longitudes de onda surgen de capas a diferentes temperaturas". Si se refiere a las diferentes capas del sol, tenga en cuenta que cuando el Sol se presenta como una buena aproximación de un cuerpo negro, lo que generalmente se quiere decir es que su fotosfera es una buena aproximación de un cuerpo negro (tenga en cuenta que escribí ' el superficie del Sol'). Que de hecho lo es, si dejas aparte las manchas solares.
Finalmente, tenga en cuenta que incluso un radiador perfecto generalmente no emite en una sola frecuencia para una temperatura determinada. Más bien, tiene una distribución de frecuencia típica para una temperatura dada (el número de frecuencias corresponde a los modos de vibración disponibles para el sistema, por lo que para un sistema compuesto por una gran cantidad de partículas acopladas, puede considerarse continuo)
No, la fotosfera no es un cuerpo negro, de lo contrario, todo lo que podríamos aprender sería su temperatura y área de emisión. Mire cualquier espectro solar para ver que trivialmente no es una función de Planck.
Claro, no lo es. Es solo una aproximación, como dije anteriormente. Tenga en cuenta que los astrónomos infieren la temperatura promedio de las estrellas a partir de su espectro.
Dicho esto, veo que eres astrofísico, así que no quiero desafiarte en estos asuntos. Solo tenga en cuenta que el Sol 'como una buena aproximación de un cuerpo negro' no es una extraña convicción mía: más bien, se informa no solo en las páginas de Wikipedia sobre el Sol, el Cuerpo Negro, etc. (páginas que están fuertemente revisadas por pares), sino también en los libros de física.
Depende de lo que entiendas por bueno. Aquí hay una comparación d32ogoqmya1dw8.cloudfront.net/images/introgeo/models/… Los astrónomos infieren la temperatura efectiva , no es lo mismo.
¿Por qué las bombillas son emisores de radiación de cuerpo negro?
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