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¿La fórmula de radiación de cuerpo negro es tan general?

En la derivación de la radiación del cuerpo negro fórmula, no hay nada en absoluto que se refiere a una particular/material específico. Pero nosotros, no obstante, el uso de esta fórmula para varias fuentes distintas en la naturaleza, como el Sol y el CMB. ¿Cómo puede ser aplicable a muchas cosas diferentes? Como tengo entendido, el que emite fotones que provienen de la rotación y niveles de vibración. Pero no a estos niveles dependen de la particular materiales/elementos que el objeto está hecho?

Resumiendo:

  1. Es la radiación de cuerpos negros fórmula aplicable a un nivel macroscópico objeto compuesto de diferentes elementos que sólo?

  2. ¿Cómo puede describir de manera diferente las cosas (por ejemplo espectro de Sol, CMB) si no hay nada en la fórmula que relaciona a un material específico/elemento?

  3. Si los fotones que provienen de vibración/niveles rotacionales de las transiciones, no dependen del objeto en cuestión? También, ¿cuál es la verdadera razón por la que no hay contribuciones de movimiento de traslación? ¿Y qué acerca de los electrones excitados?

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CuriousOne Puntos 8519

El cuerpo negro fórmula se aplica exclusivamente a la perfección material negro. La térmica de espectro en tiempo real de un emisor es, como se esperaba, una función compleja de las propiedades de este material. Un perfectamente reflectante de la superficie del metal, por ejemplo, no emite ningún tipo de radiación térmica, en absoluto, y los materiales de color son predominantemente emite en esas longitudes de onda, en lo que son buenos absorbentes.

Cuando los físicos tomar una decisión sobre la hipótesis de un modelo, se suele hacer un razonable equilibrio entre aceptable de errores del modelo y de la dificultad del cálculo. Para algunos cálculos es perfectamente aceptable el modelo de la radiación de las estrellas como la radiación del cuerpo negro. Para la espectroscopia estelar, por supuesto, sería usar un detallado atómica de emisión y absorción de modelo y de las nubes moleculares uno tiene que utilizar los espectros moleculares.

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user121330 Puntos 648

¿Cómo puede [la radiación de cuerpo negro fórmula] describir de manera diferente las cosas (por ejemplo espectro de Sol, CMB) si no hay nada en la fórmula que relaciona a un material específico/elemento?

Respuesta:

En la derivación de la radiación del cuerpo negro fórmula, no hay nada que se refiera a un particular/material específico.

Cualquier resultado que no se preste atención particular a la calidad / cantidad durante la derivación es independiente de ese atributo. Esto supone que tanto los supuestos iniciales y la derivación son correctos (suficiente).

Los físicos de la división de transferencia de energía en una variedad de categorías independientes, que todo puede ser calculado en forma aislada y se suman para un modelo preciso de la realidad. La radiación de cuerpos negros ecuación describe la transferencia de energía por emisión de fotón del objeto. El espectro de emisión del sol , da una buena aproximación de la temperatura de la superficie, sino que también muestra una ligera variación a partir de este modelo simple.

No debe [el rotacional y vibracional de los niveles de la emisión de fotones] dependen de la particular materiales/elementos que el objeto está hecho? Es la radiación de cuerpos negros fórmula aplicable a un objeto macroscópico se compone de diferentes elementos?

Macroscópico, objetos calientes presentan tantas geometrías y tienen tanta energía libre que presenta un espectro continuo, y el modelo se ajusta muy bien. Dado que el cuerpo se hace más pequeño, más pura, más isotrópico y más frío, se exhiben más de los efectos de niveles de energía discretos. Tanto la pureza y tamaño de relacionarse con el espectro de emisión del mismo modo, aunque el sol (puro, pero grande) y muchos de los cristales (impuro, pero pequeño) demuestran que estas imperfecciones.

También, ¿cuál es la verdadera razón por la que no hay contribuciones de movimiento de traslación? ¿Y qué acerca de los electrones excitados?

Es importante tener en cuenta que los fotones salen del objeto desde el cambio en la energía (rotación, vibración, el nivel de energía y la traducción). Los átomos en los sólidos no tienen movimiento de traslación en comparación con los otros átomos en el sólido.

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MariusMatutiae Puntos 998

Esta es una excelente pregunta, que fue tratado por los físicos en el siglo anterior por medio de la siguiente argumento.

Supongamos por el momento que usted tiene dos cuerpos en equilibrio térmico a la misma temperatura $T$, y también vamos a suponer por el momento que se emiten radiación electromagnética con diferentes espectros, dependiendo, por ejemplo, en cuanto a sus características físicas.

Supongamos también, que entre las longitudes de onda $\lambda_1$$\lambda_2$ , cuerpo 1 emite más de cuerpo 2. Ahora coloca los dos cuerpos en el interior de dos cajas, y abrir un pequeño agujero que permite EM pase entre ellos. También insertar un filtro que permite el paso sólo de la radiación con longitudes de onda en el rango de $\lambda_1 \leq \lambda \leq \lambda_2$. De esta manera, el cuerpo 1 se pierde la energía, que será adquirida por el cuerpo 2.

Después de una cantidad infinitesimal de tiempo, el cuerpo 2 será ligeramente más cálido que el cuerpo 1, pero por algún tiempo de la aprobación de la EM va a continuar.

¿Qué hemos logrado de esta manera? Una termodinámico de transformación cuyo único resultado es la transferencia de calor desde un cuerpo frío a uno más cálido.

Así, hemos violado el segundo principio de la termodinámica. Así, el artilugio de arriba debe ser imposible, y la única forma de evitar esto, si los dos cuerpos tienen inicialmente la misma temperatura, es de deducir que el espectro de la radiación emitida es la misma para todos los cuerpos en equilibrio térmico a la misma temperatura.

Por lo tanto el espectro de cuerpo negro se genera por cualquier cuerpo en equilibrio térmico, sea grande como el Sol o pequeños, como el agua en el café de la máquina.

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akrasia Puntos 980

Tanto en la práctica y en la teoría, la mejor manera de obtener un espectro de cuerpo negro es para hacer un pequeño agujero en la pared de un caliente de la cavidad. Cualquier luz que entra por el agujero, probablemente, de rebote a su alrededor, muchas veces, y finalmente será absorbida, antes de que pudiera salir de la cavidad.

La invariancia del espectro de la siguiente manera a partir de la Segunda Ley de la Termodinámica. (Este argumento no da mayor conocimiento de los mecanismos, pero sin embargo es esclarecedor.) Dos cavidades, hechas de diferentes materiales, pero a la misma temperatura, uno frente al otro. Toda la radiación desde que uno entra en el otro, y viceversa. Si su total de la radiación emitida era diferente, no habría un flujo neto de energía de uno a otro, lo cual está prohibido por la Segunda Ley (y el Cero de la ley también, para el caso). Si la radiación total es el mismo, pero los espectros eran diferentes, usted puede venir para arriba con un esquema simple como la colocación de un filtro de paso de banda entre ellos, para asegurarse de que si Un cuerpo emite más que el cuerpo B en una longitud de onda específica, sólo que la longitud de onda se permite a través de, siguen causando energía para pasar de a a B.

Sus preguntas, @CuriousOne:

Es la radiación de cuerpos negros fórmula aplicable a un objeto macroscópico se compone de diferentes elementos?

Es aplicable a cualquier cuerpo, pero sólo si es realmente negro en todas las longitudes de onda. Un objeto microscópico puede ser también un cuerpo negro. Por ejemplo, un plasma compuesto de un protón libre y un electrón dentro de un reflejando perfectamente cuadro con un pequeño agujero es un cuerpo negro. (Véase más adelante la respuesta para más detalles.)

¿Cómo puede describir de manera diferente las cosas (por ejemplo espectro de Sol, CMB) si no hay nada en la fórmula que relaciona a un material específico/elemento?

Como siempre que hay algún mecanismo de generación de fotones de longitud de onda, la termodinámica verá que tales fotones generados en los números. Si no hay ningún mecanismo de este tipo, el cuerpo no va a ser de color negro. Por ejemplo, si usted encontró un material que ha sido completamente transparente para la luz verde porque no tenía átomos capaces de absorber la luz verde, entonces este cuerpo no generaría la parte verde del espectro de cuerpo negro - porque no es negro.

Los electrones del plasma he mencionado sería ACEPTAR debido a que los electrones libres pueden tener cualquier energía, y por lo tanto puede emitir y absorber en cualquier longitud de onda.

Si los fotones que provienen de vibración/niveles rotacionales de las transiciones, no dependen del objeto en cuestión?

Ver respuesta anterior.

También, ¿cuál es la verdadera razón por la que no hay contribuciones de movimiento de traslación? ¿Y qué acerca de los electrones excitados?

Cuando los electrones libres están presentes, contribuirán a que la radiación emitida a través de su movimiento de traslación. En un plasma, este mecanismo se denomina radiación de frenado. En un metal, se llama a la reflexión. En un átomo, emisión sólo puede ocurrir si un electrón es excitado. Un átomo de hidrógeno en el estado fundamental no puede emitir. Una molécula puede emitir incluso si no hay excitación electrónica, ya que también tiene vibracional y rotacional de los niveles.

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user24234 Puntos 21

La respuesta está en los muchos Estados disponibles. La radiación proviene de un gran número de Estados electrónicos/vibracional/rotacional. Mientras que éstos son diferentes para diferentes materiales en total para un material macroscópico, siempre habrá alguna combinación de Estados que da una energía específica.

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