¿Qué hace que las cosas calientes brillen y a qué temperatura?

Question

Tengo una estufa eléctrica, y cuando la enciendo y apago las luces, noto que la estufa brilla.

Sin embargo, a medida que voy bajando la temperatura, acaba desapareciendo por completo. ¿Existe un punto de corte para el brillo?

¿Qué es lo que realmente emite la luz? ¿Es el propio calor el que emite la luz, o el metal?

Answer 1

Se debe a la radiación térmica. Los cuerpos con temperatura superior al cero absoluto emiten radiación. Si la frecuencia de la radiación está en el rango visual, el cuerpo "brilla".

Cuando los electrones del átomo se excitan, por ejemplo al calentarse, la energía adicional empuja a los electrones a órbitas de mayor energía. Cuando los electrones vuelven a caer y abandonan el estado de excitación, la energía se reemite en forma de fotón. -wikipedia(espectro de emisión)

Esto explica que el calor en sí mismo no emite la luz.

Densidad de energía espectral en función de la longitud de onda y la temperatura

$u(\lambda,T) = \frac{8\pi hc}{\lambda^5} \frac{1}{e^{\frac{hc}{\lambda k T}}-1}$

Si integra $u(\lambda,T)$ wrt $\lambda$ de $\lambda = 380nm$ a $\lambda = 750nm$ encontrará que siempre hay algo de radiación en el rango visual. Pero es muy pequeña a temperatura ambiente (T = 300K) y, por tanto, indetectable a simple vista.

Para obtener la temperatura de corte( $T_c$ ) para el brillo. Hay que resolver

$\displaystyle \int_0^{T_c} \int_{\lambda = 380nm}^{\lambda=780nm} u(\lambda,T)d\lambda dT$ = mínimo requerido para ser detectado por el ojo humano.

Answer 2

Me gustaría hacer hincapié en un punto mencionado en la primera respuesta.

La radiación clásica del cuerpo negro tiene que ver con un gas de fotones en equilibrio térmico. Los fotones interactúan entre sí y esa interacción da el espectro habitual de Planck para sus energías.

En el interior de las estrellas se producen fotones que interactúan con la materia estelar y ambos llegan a un equilibrio térmico. Cuando los fotones escapan de la estrella, tienen un espectro de cuerpo negro.

Cuando se toma una cantidad de materia (una estufa eléctrica) y se calienta, se plantea la cuestión de la procedencia de los fotones. A bajas temperaturas, no se tiene suficiente energía térmica para excitar los electrones de los átomos. Entonces, ¿de dónde vienen los fotones? La respuesta es que deben proceder de la excitación del campo electromagnético de fondo. Aunque se intentara aislar la materia calentada de todo campo electromagnético, nunca se podrían bloquear las fluctuaciones del vacío.

Answer 3

Si se hace la aproximación de un cuerpo negro (y no es una mala aproximación), se puede medir la temperatura de un cuerpo con la ayuda del espectro de un objeto. La clave es la ley de desplazamiento de Wien:

http://en.wikipedia.org/wiki/Wiens_displacement_law

Así es como funcionan muchos termómetros.

Answer 4

Así pues, la luz emitida por una bombilla incandescente es del mismo tipo (fotónica) que la luz emitida por un LED (sólo que con una composición de frecuencia diferente).