¿El espectro de luz visible del "vidrio al rojo vivo" está al menos cerca de la radiación de cuerpo negro?

Brevemente, para materiales visiblemente transparentes como el vidrio, puede ver a través de ellos incluso cuando están al rojo vivo. La mayoría de los anteojos tienen mucha absorción en el IR, por lo que hay mucha absorción y reemisión. Pero una vez que se emite un fotón visible, solo hay una probabilidad muy baja de que sea absorbido.

¿La emisión visible seguirá teniendo la forma característica de cuerpo negro correspondiente a la temperatura real del material? Ciertamente me parece así, pero ¿cómo entender la física detrás de la radiación de cuerpo negro de cuerpos transparentes ?

En esta respuesta realmente agradable, @RobJeffries explica la diferencia entre las ideas de Radiación térmica y Radiación de cuerpo negro en el contexto de una fuente que puede estar en equilibrio térmico, pero cuya radiación puede no estarlo. Vale la pena leerlo un momento o dos antes de continuar aquí.

Aquí hay algunas imágenes de Wikipedia para ayudar a formular la pregunta. El primero de Blackbody ilustra la cavidad familiar en equilibrio radiativo con un pequeño orificio para tomar muestras de esa radiación.

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Si visita una fábrica, un estudio o una demostración de soplado de vidrio , es probable que vea algo como esto, que es más o menos similar (excepto por las llamas).

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El vidrio se introduce a través de la abertura para ser calentado en el horno, mediante una combinación de absorción de la luz infrarroja y contacto con los gases calientes.

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Cuando se retira, el vidrio suele brillar en rojo, naranja o incluso amarillo, dependiendo de la temperatura.

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...para que se suavice y sea más fácil de moldear.

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A los efectos de esta pregunta, suponga que el vidrio ha alcanzado una temperatura uniforme, se ha retirado y se ha medido la radiación del vidrio. Creo que la mayoría de los vidrios compatibles con el soplado que se usan en este contexto absorben al menos una gran parte del infrarrojo.

Cuando observo la cosa real, el vidrio me parece visualmente transparente incluso cuando está caliente (¡ es realmente un efecto hermoso !)

Pregunta: ¿ La parte visible de la radiación todavía se aproximará a un espectro de cuerpo negro, aunque la luz visible no experimente varias absorciones y reemisiones?

nota: cuando hace mucho calor, es muy brillante y, por lo tanto, es difícil verificar que el vidrio aún sea transparente, ¡y no voy a comenzar a irritar a alguien que tenga vidrio caliente disparándole con láser!

Depende del color del cristal. Es el mismo problema que la absorción/radiación selectiva de diferentes bandas infrarrojas por parte del vapor de agua en la atmósfera. Si uno quiere modelar eso, es necesario un código de transporte de radiación que analice todos los posibles caminos de dispersión a través de la atmósfera.
La clave que diferirá es la emisividad que determina la potencia radiada
Apuesto a que dado que el vidrio (en la parte visible del espectro) se ve más o menos uniformemente transparente, el espectro de su radiación térmica (en el mismo rango) debería seguir el espectro del cuerpo negro en forma, pero no en intensidad general, muy bien. Esto está de acuerdo con la ley de Kirchhoff.
@LLlAMnYP, ¿crees que podrías expandir eso en una respuesta y mostrar cómo estaría de acuerdo con la ley de Kirchhoff usando matemáticas? ¡Gracias!
Bueno, aquí hay una respuesta. +1, realmente, esta es una pregunta muy bien escrita; No sé por qué no se vota más.
@LLlAMnYP Esta pregunta me ha estado siguiendo desde que era un niño pequeño viendo una demostración de soplado de vidrio. Cuerpo negro con una "muesca" de transparencia en lo visible, ¿qué significa? ¡Gracias por tu ayuda!

Respuestas (2)

Editar: tenga en cuenta la advertencia importante # 2 en la parte inferior.

La página de wikipedia rusa para la ley de radiación térmica de Kirchhoff es más simple y corta que la versión en inglés, sin embargo, contiene la respuesta a la pregunta, que está ausente en la versión en inglés. La traducción sigue:

Los cuerpos cuya capacidad de absorción es independiente de la frecuencia se denominan "cuerpos grises". Su espectro de emisión tiene la misma forma que un espectro de cuerpo negro.

La ley de Kirchhoff establece:

r ( ω , T ) a ( ω , T ) = F ( ω , T )

dónde a es la capacidad de absorción (dependiente de la temperatura y la frecuencia) del objeto, F es el espectro del cuerpo negro y r es el espectro de emisión del objeto.

Una muestra de vidrio de alta calidad no induce cambios perceptibles en el color (bueno, lo hace, y puede verlo desde un prisma, pero eso no viene al caso en este momento), por lo que puede ser seguro decir que en la parte visible de el espectro a es constante En ese caso, el espectro de emisión del vidrio caliente es

r ( ω , T ) = a ( T ) F ( ω , T )

es decir, proporcional al espectro del cuerpo negro (en frecuencias visibles, no estamos discutiendo ninguna otra ahora) con un coeficiente independiente de la frecuencia.

Advertencia: temperatura ambiente a tal vez ω -independiente. Alta temperatura a no necesita conservar esa propiedad, aunque podría hacerlo hasta cierto punto.

Advertencia #2: la percepción humana es una forma terrible de juzgar el espectro de absorción del vidrio. Un ser humano es sensible al valor 1 − a ( ω ) y lo uniforme que es. Un buen vidrio es altamente transparente y probablemente absorbe mucho menos de lo que refleja (4% IIRC). Pero un ser humano no será capaz de distinguir entre a ( 700 norte metro ) ≈ 0.01 y a ( 400 norte metro ) ≈ 0.001 (números tomados de la parte superior de mi cabeza). Esto sesgará completamente el espectro de radiación térmica.

EDITAR: Aquí hay algunos datos sobre el índice de refracción complejo del vidrio de sílice. Véase la parte inferior de la página 7. Parece que la absorción del vidrio en el espectro visible es bastante uniforme. k ( 400 norte metro ) = .7 ⋅ 10 − 7 ; k ( 700 norte metro ) = 1.1 ⋅ 10 − 7 , que es bastante más uniforme de lo que inicialmente esperaba. Por lo tanto, el espectro de emisión del vidrio en comparación con el cuerpo negro se desplaza algo hacia el rojo, pero no drásticamente.

¡Muy lindo! Por lo tanto, para al menos algunos vidrios de alta pureza (por ejemplo, vidrio de SiO2) y un tamaño de objeto pequeño o espesor de pared, puede haber una buena posibilidad de que el espectro se aproxime a un espectro de cuerpo negro. ¡Muchas gracias por encontrarlo y traducirlo!
@uhoh Estaba a punto de comentar que "probablemente no debido a la advertencia n. ° 2", pero vea la última edición, el vidrio de sílice de alta calidad es, de hecho, muy uniforme.
El vidrio es un grupo increíblemente diverso de materiales. Es algo realmente fascinante. Un caso realmente especializado es la fibra óptica monomodo. Alrededor de 1,5 μ es un alucinante 0,2 dB/km, e incluso en visible es al menos 100 veces mejor que el "sílice óptico normal" como el de su enlace. Lo fabrican a partir de SiO2 extremadamente puro que en realidad se obtiene del "humo de silicio": hidrólisis de llama de silano y oxígeno. O al menos así lo recuerdo. ¡Cosas locas!

Si puede ver a través de él, entonces no es radiación de cuerpo negro.

Un emisor de cuerpo negro debe absorber la luz de todas las longitudes de onda que incide sobre él y debe estar en equilibrio térmico. es decir, debe ser "ópticamente grueso" en todas las longitudes de onda.

Puede tener un espectro similar a la función de Planck si la absortividad parcial es independiente de la longitud de onda. Esto es lo que sugiere LLlAMnYP.

¿El espectro de luz visible del "vidrio al rojo vivo" está al menos cerca de la radiación de cuerpo negro?
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