Irradiação térmica

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Irradiação térmica

  1. 1. Irradiação térmica, radiação térmica ou radiação de corpo negro é a radiação eletromagnética emitida por um corpo em qualquer temperatura, constituindo uma forma de transmissão de calor, ou seja, por meio deste tipo de radiação ocorre transferência de energia térmica na forma de ondas eletromagnéticas. Exemplos de radiação térmica incluem a luz visível e a luz infravermelha emitidas por uma lâmpada incandescente, a radiação infravermelha emitida por animais e detectada por câmeras de infravermelho, e microondas cósmicas. Mecanismo de geração e características da Radiação Térmica A radiação térmica é gerada pelo movimento de partículas carregadas na matéria. Toda substância com temperatura maior do que 0 K (zero Kelvin; Zero absoluto) emite radiação térmica.1 Átomos e moléculas que compõem a matéria possuem energia cinética que varia, e essas mudanças de energia acabam resultando em aceleração das partículas e oscilações das cargas que compõem os átomos. Essa movimentação das cargas na matéria gera a radiação eletromagnética, ou seja, a energia cinética de átomos e moléculas converte-se em energia térmica e resulta na radiação eletromagnética térmica. As características da radiação térmica dependem de várias propriedades da superfície irradiante, incluindo temperatura, capacidade de absorção espectral e poder de emissividade espectral, como concluiu Kirchhoff em seus estudos.1 A radiação não é monocromática, ou seja, não consiste em uma única frequência de comprimento de onda, mas sim na dispersão contínua de energia das partículas. Absorção, refletividade e emissividade dependem do comprimento de onda da radiação, e a temperatura determina a distribuição dos comprimentos de onda emitidos. Propriedades Há quatro propriedades gerais que caracterizam a irradiação térmica2 : a radiação térmica emitida por um corpo negro em qualquer temperatura possui vários comprimentos de onda e frequências. A distribuição da frequência é dada pela Lei de Planck para um emissor ideal. o intervalo dominante de frequências aumenta proporcionalmente com a temperatura, conforme a Lei de Wien. a quantidade total de radiação, em todas frequências, aumenta de acordo com a temperatura elevada à sua quarta potência, conforme a Lei de Stefan-Boltzmann. a taxa de radiação eletromagnética emitida em determinada frequência é proporcional ao total absorvido pelo corpo à mesma frequência. Assim, uma superfície que absorve mais a luz vermelha irradia termicamente mais a luz vermelha. Este princípio é aplicado a todas as demais propriedades de onda,
  2. 2. inclusive comprimento de onda (cor), direção, polarização e coerência. Portanto, é possível ter irradiação térmica direcional, polarizada e coerente, embora isso, na natureza, seja muito raro longe de sua fonte. Cor observada pelo olho humano emitida por um corpo negro O metal aquecido a temperatura próxima à de fusão emite radiação no infravermelho e no visível próximo ao infravermelho. O primeiro é invisível ao olho humano, mas o segundo pode ser percebido pelo brilho avermelhado. °C (K) Cor3 480 °C (753,15 K) brilho avermelhado fraco 580 °C (853,15 K) vermelho escuro 730 °C (1003,15 K) vermelho brilhante, levemente alaranjado 930 °C (1203,15 K) laranja brilhante 1100 °C (1373,15 K) laranja amarelado pálido 1300 °C (1573,15 K) amarelo claro > 1400 °C (1673,15 K) branco (amarelado se visto a distâncias superiores à da atmosfera) Calor: Radiação Térmica entre dois corpos Como qualquer corpo com temperatura diferente de 0 K emite radiação térmica, um segundo corpo pode absorver essas ondas na forma de energia eletromagnética que se propagam pelo espaço, tendendo a entrar em equilíbrio termodinâmico com o primeiro. Esse evento é chamado de transferência de energia térmica, isto é, calor. A emissão de radiação não cessa após o equilíbrio térmico, pois todo corpo que tenha agitação térmica, ou seja, temperatura, mesmo que próxima a 0 K, irradia sua energia. Como as ondas eletromagnéticas também podem se propagar no vácuo, a transferência de calor de um corpo a outro ocorre mesmo se não existir meio material entre os dois, como é o caso da energia emitida pelo Sol e que chega à Terra. O mesmo não ocorre com condução térmica nem com convecção. Classificação da matéria quanto à propagação de calor
  3. 3. Nem todos meios materiais permitem a propagação das ondas de calor através deles. Assim, pode-se classificá-los em: Diatérmicos: meios que permitem a propagação das ondas de calor através deles (são transparentes às ondas de calor). Exemplo: ar. Atérmicos: meios que não permitem a propagação das ondas de calor através deles (são opacos às ondas de calor). Exemplo: parede de tijolos. Corpo Negro e Radiação Térmica Corpo negro é aquele que absorve toda a radiação eletromagnética que nele incide, ou seja, nenhuma onda o atravessa (somente em casos específicos) nem é refletida. Tal corpo, a princípio, não pode ser visto, advindo desse o nome corpo negro. Apesar disso, corpos negros emitem radiação, o que permite determinar sua temperatura. Em equilíbrio termodinâmico (em temperatura constante), um corpo negro ideal irradia energia na mesma taxa que a absorve , sendo essa uma das propriedades que o tornam uma fonte ideal de radiação térmica (chamada de radiação de corpo negro) . Corpos negros não existem na natureza, visto que nenhum objeto tem absorção e emissão perfeitas. A emissividade de um corpo é definida pela relação entre sua radiância e a do corpo negro. Referências 1. S. Blundell, K. Blundell. Concepts in Modern Physics. [S.l.: s.n.], 2006. 2. Radiação Térmica e Teoria de PlanckInstituto de Física - UFRGS (http://www.if.ufrgs.br/~betz/iq_XX_A/radTerm/aRadTermFrame.htm) Acessado em 03/12/2013 as 21:40 3. The Physics of Coloured Fireworks (http://web.archive.org/web/20110721181740/http:/cc.oulu.fi/~kempmp/colours. html) Acessadoem 03/12/2013 as 21:45

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