La radiación de cuerpo negro , tal como la entiendo, es radiación en equilibrio térmico a una temperatura fija con una cavidad. El espectro de dicha radiación sigue la famosa curva de distribución del cuerpo negro. Pero, sorprendentemente para mí, la radiación proveniente de la superficie del Sol también sigue la curva del cuerpo negro a pesar de que la radiación no parece estar en equilibrio. ¿Por qué esto es tan?
Una pregunta relacionada es que un filamento de bombilla, creo, también obedece al espectro del cuerpo negro. Pero allí también, el filamento no está en equilibrio térmico. ¿Cuál es el defecto en mi entendimiento?
Imagine una gran cantidad de átomos o iones, cada uno de los cuales puede oscilar alrededor de sus posiciones de equilibrio a alta frecuencia y rebotar entre sí. Bañamos esos átomos en radiación electromagnética, de modo que la energía se comparte entre los átomos y la radiación hasta que sus vibraciones (que absorben y emiten radiación en cuantos discretos ) entran en equilibrio dinámico con el baño de radiación.
Cuando esto ocurre, la distribución de energía resultante toma la forma del espectro del cuerpo negro sin importar qué tipo de átomos estén presentes. La distribución tiene una joroba en el medio y el pico de esa joroba representa la temperatura del sistema, que está asociada con la energía más probable que asumirán los átomos o iones y la radiación misma después de que haya terminado el intercambio de ida y vuelta. hasta su finalización.
En las capas más externas del sol, el baño de radiación está bien mezclado con las energías cinéticas de los átomos e iones y el resultado es una distribución de frecuencias con un pico correspondiente a una temperatura de unos 5800 grados Kelvin.
Los fotones que fluyen hacia el espacio con esa distribución de energía se reemplazan inmediatamente con más fotones de las profundidades de la "superficie" del sol que se equilibran con la materia presente y se mantiene la distribución espectral.
Es muy importante entender qué entendemos por equilibrio térmico cuando hablamos de radiación de cuerpo negro. Equilibrio térmico significa que dentro del cuerpo, todas las distribuciones de nivel de energía de partículas, distribuciones de velocidad, son las mismas y pueden caracterizarse por un solo valor.
Es decir, sus distribuciones de niveles de energía, distribuciones de velocidad de partículas (etc.) deben estar en equilibrio y caracterizarse por una sola temperatura. Además, el campo de radiación también debe estar en equilibrio con la materia a la misma temperatura única. Mientras que para el interior del Sol esta es una muy buena aproximación, cerca de la superficie no lo es, porque la radiación puede escapar y la temperatura cambia con la profundidad en una escala de longitud comparable con el camino libre medio de los fotones. Como resultado, es mejor pensar que el Sol emite radiación de cuerpo negro desde diferentes capas a diferentes temperaturas.
Ahora está diciendo que el sol emite "la radiación que proviene de la superficie del Sol también sigue la curva del cuerpo negro" su radiación desde la superficie, mientras que para un observador externo como nosotros parece que los fotones en realidad se producen dentro del núcleo y hacer su camino a través.
La radiación de cuerpo negro es la radiación térmica de un cuerpo hipotético que tiene en todas partes la misma temperatura y es un absorbente perfecto. De todos los cuerpos a la misma temperatura, tiene la emisión térmica más intensa en cualquier frecuencia. El espectro es suave, sin líneas ni picos ni agujeros, pero también cae a cero para frecuencias cero e infinitas.
Radiación de cuerpo negro Vs radiación térmica
Entonces, la respuesta a su pregunta es, como ve, el Sol satisface todos estos requisitos, tiene en todas partes la misma temperatura (en su superficie) que la que ve un observador externo como nosotros, y el espectro es uniforme, sin picos ni agujeros.
Pero si quiere ser muy específico, debe pensar en el Sol como emisor de radiación de cuerpo negro a diferentes temperaturas desde diferentes capas.
Esto puede ser considerado un comentario.
Aunque los planetas y las estrellas no están en equilibrio térmico con su entorno ni son cuerpos negros perfectos, la radiación de cuerpo negro se usa como una primera aproximación para la energía que emiten.
La curva de radiación de cuerpo negro es una primera aproximación a la radiación de un cuerpo de materia. A veces encaja bien, a veces no (como por ejemplo para los gases). El mejor ajuste a la curva de radiación del cuerpo negro se ve en el fondo de microondas cósmico.
En mi opinión, considerando que la termodinámica surge de la mecánica estadística, incluso si las condiciones de equilibrio termodinámico se cumplen parcialmente en un tiempo dt, la forma sería la esperada. Pero tal vez puedas obtener una respuesta de un experto en el tema.
Felipe