¿Qué significa cuando decimos que "un cuerpo negro está en equilibrio térmico con su entorno"?

Citando de mi libro de texto: "un cuerpo negro es un radiador perfecto de energía radiante. Está en equilibrio térmico con su entorno e irradia tanta energía por unidad de área como la que absorbe de su entorno en un momento dado".

¿Un cuerpo negro siempre está en equilibrio térmico con la temperatura que lo rodea? ¿Cuál es el significado de "energía radiante"? ¿Por qué un cuerpo negro debería estar en equilibrio térmico con su entorno?

Tienes como tres preguntas en una publicación. La norma aquí es que una pregunta por publicación.
¿El libro de texto que cita tiene un apóstrofe en el pronombre posesivo "its"? Entonces tíralo.
Lo que me parece extraño es que todos los cuerpos (no solo los "negros") se mueven hacia el equilibrio térmico (creo que puede estar en otro lugar, y / o llegan allí más tarde). Al mismo tiempo, nunca nada está exactamente en equilibrio, dado que el universo no es estático, es solo que todo se mueve hacia el equilibrio, no solo en termodinámica.

Respuestas (1)

¿Un cuerpo negro siempre está en equilibrio térmico con la temperatura que lo rodea?

Cualquier cuerpo estaría en equilibrio térmico con los alrededores solo si sus temperaturas son las mismas. Si el cuerpo negro estuviera a una temperatura diferente, entonces irradiaría/absorbería calor para alcanzar la misma temperatura y esto llevará algún tiempo.

¿Cuál es el significado de "energía radiante"?

Cada cuerpo irradia algo de energía a través de radiaciones electromagnéticas y esto se denomina aquí como "energía radiante".

¿Por qué un cuerpo negro debería estar en equilibrio térmico con su entorno?

Olvídate del cuerpo negro y toma cualquier cuerpo. Este cuerpo tendrá una tendencia natural a tratar de mantener un equilibrio térmico con sus vecinos. Si no fuera así, es decir, la temperatura del cuerpo fuera diferente a la de su entorno, entonces, en un intercambio neto con su entorno, el cuerpo irradiará/absorberá energía térmica de su entorno para alcanzar la misma temperatura. Este hecho es tanto lógico como verificado experimentalmente.

Más experimentalmente, cuando el cuerpo está a una temperatura diferente, irradia más o menos calor del que obtiene del entorno y, por lo tanto, su temperatura cambia. Este intercambio neto viene dado por la Ley de Stefan Boltzmann.

Δ mi b o d y = mi A σ ( T b o d y 4 − T s tu r r o tu norte d i norte gramo s 4 )

"Cualquier cuerpo estaría en equilibrio térmico con los alrededores solo si sus temperaturas son las mismas". ¿No es eso "ni siquiera está mal"? (¡El "entorno" de un planeta es el vacío del espacio y, como tal, no tiene temperatura!) Y normalmente no es el caso de que los cuerpos visibles desde otro cuerpo (que para los objetos astronómicos normalmente no forman parte de su entorno). ) tienen la misma temperatura, incluso si este cuerpo está en equilibrio térmico. Es solo que son pequeños y están lejos.
Bueno, estoy respondiendo por alguien que era nuevo en esto. Tu argumento es correcto. Pero yo (y probablemente el OP) tenía en mente la imagen de que el cuerpo estaba en una habitación en la Tierra. ¿Estás sugiriendo mencionar eso explícitamente?
Puedes hablar mejor de la energía radiante con cuerpos en el vacío. Sin juego de palabras.
Por favor, dame algunas sugerencias sobre cómo debería reflejar eso en mi respuesta, si tienes alguna.
Simplemente olvídese de la "temperatura igual", es un caso muy especial (por ejemplo, no podría ver nada en ese entorno: todos los fotones tendrían la misma frecuencia y densidad desde todas las direcciones). Lo importante es que (¡cualquier!) cuerpo se mueve hacia un estado en el que la cantidad de energía radiativa que recibe es igual a la que irradia (en el vacío). De dónde viene y adónde va es irrelevante. Por ejemplo, las rocas frías en el espacio (sin radiactividad) en algún momento alcanzan tal equilibrio pero, por supuesto, las estrellas visibles son mucho más calientes (pero muy lejanas).
Es cierto que se mueven a tal estado, pero ¿qué razón los motiva a tal estado si no es la temperatura? Sería genial si pudieras ver esta pregunta relacionada que publiqué aquí @Peter-ReinstateMonica
¿Qué significa cuando decimos que "un cuerpo negro está en equilibrio térmico con su entorno"?
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