Física Moderna - Introdução à Radiação de Corpo Negro | Sala do Saber

[Música] vamos discutir agora física quântica Qual foi a ideia que levou ao surgimento da física quântica a ideia é a seguinte galera e quando eles começaram a a ideia da Revolução Industrial que começou o surgimento de máquinas movid a vapor começou também muita utilização do quê do trem tá e o trem os trilhos eram feitos do quê de aço e quanto melhor a qualidade desse aço né mais caro era para a sua venda mais lucro o cara ia obter na sua indústria né então o que acontecia as pessoas queriam fazer uma um material de boa

qualidade Tá mas só que quando ele vai fazer produzir o aço ele utiliza alguns elementos químicos que eles vão misturar e daí eles vão deixar atingir uma determinada temperatura e aí ele vai desligar aquela Fornalha tá então ele vai atingir uma certa temperatura e desliga agora o problema sabe o que que era qual é a temperatura que ele deveria desligar que temperatura que eu deixo chegar tudo aqui tá E aí eu devo desligar o meu sistema quanto que eu desligo é por qu o problema é o seguinte como que eu vou colocar um termômetro ali

dentro se a temperatura está muito elevada o termômetro não vai suportar vai romper então não tinha como tá então tinha que encontrar alguma outra maneira para você fazer a medição dessa temperatura e como que era essa maneira tá aí eles começaram a observar o quê as cores de luz as cores que vai ser emitida por esses elementos né conforme está sendo aquecida então eles vão emitindo uma determinada cor de luz conforme ele vai sendo aquecido igual quando eu pego um ferro e coloco ele no fogo ele vai aquecendo aquecendo aquecendo até um determinado momento que

ele entra em rubro né Ficar o rubro né e começa a emitir luz própria não é isso que ele faz o ferro quando colocado no fogo então ele começa a emitir luz emitir luz e essa cor que está emitindo ele vai alterando tá conforme vai aumentando a sua temperatura tá então o que que nós podemos perceber que a cor provavelmente está relacionada com a sua temperatura então eles começaram a analisar pens nisso e como interpretar isso como fazer a Interpretação da maneira correta como ver como que eh eu posso utilizar disso para encontrar meios melhores

melhorar na indústria né Por exemplo como que eu poderia fazer isso então a ideia então vai vir do surgimento do quê então da parte térmica então eu tenho que saber interpretar isso aí o que que eles vão começar a pensar na ideia de um corpo negro Tá mas antes de nós entrarmos na ideia do corpo negro né que por enquanto as pessoas pensam ah corpo negro é um corpo por exemplo tem uma cor preta ali e aquilo ali é um corpo negro não não é isso às vezes o corpo negro nem é negro nem é

preto Às vezes pode ser qualquer outra cor pode ser amarelo verde azul tanto faz tá como agora que a gente vai determinar o corpo negro a gente já vai ver tá mas primeiro vamos entender outra coisa O quê a ideia de radiação radiação térmica né a radiação térmica como que ela funciona né como que é a ideia da radiação térmica A ideia é a seguinte pessoal quando vocês pegam um determinado bolo vai fazer um bolo na sua casa e você pega esse bolo e Coloca ele dentro de um forno tá você liga lá e aciona

esse forno e vai tá lá utilizando ele esse forno ele vai aumentando a temperatura indefinidamente ou ele chega em determinado patamar ele para tá ou ele fica uma temperatura constante não aumentando mais e aí como que ele faz ele continua aumentando ou ele para ele para né de aumentar né ele chega num determinada temperatura e fica em equilíbrio certo não é isso que acontece no forno quando você seleciona uma temperatura tá É isso mesmo agora o que eu quero que vocês entendam é o seguinte todo o corpo com temperatura acima de 0 kin tá qualquer

corpo acima de 0 kin Ou seja todos os corpos né ele emite radiação térmica então a radiação térmica se o corpo tá com 1 kin tá ele emite radiação térmica 2 k emite radiação térmica Então você é radiante você está emitindo radiação térmica nesse momento tá o que está ao seu redor a sua mesa o seu computador também está emitindo radiação térmica por quê tem temperatura acima de 0 k e qualquer coisa que tem temperatura acima de 0 k emite radiação térmica tudo bem Tá então ele tá emitindo radiação térmica tá aí tudo bem agora

pense de novo nesse bolo que eu peguei e coloquei dentro de um forno quando eu peguei e coloquei o bolo dentro de um forno eu tenho uma fonte que tá emitindo calor para para o sistema né tá sendo emitido então calor para esse bolo não está Quem é que tá emitindo calor é aquele fogo que aquela a chama que tá ali dentro que tá emitindo esse calor não é isso que a fonte de calor então para o sistema não é beleza aí o que que ele vai fazer aquela fonte de calor ele está emitindo calor

tanto para as paredes internas do forno a parede Externa acaba aquecendo também né quanto para a vasilha Onde está o bolo também para o bolo não é isso que tá acontecendo beleza mas o que acontece mas o bolo também tá emitindo radiação térmica não está porque o o bolo também tem uma determinada temperatura então ele vai emitindo radiação térmica também aí o que acontece então o bolo está ao mesmo tempo absorvendo energia que está chegando para ele energia térmica que tá chegando para ele de quem da do Forno ali que tá sendo emitido pelas Chamas

então uma parte desse calor vai ser né quem vai adquirir é o bolo e o bolo ao mesmo tempo tá emitindo radiação térmica enquanto a radiação que ele absorve é maior do que ele está emitindo ou seja o fluxo de calor que ele está absorvendo é maior do que o fluxo que ele está E aí vai ter o quê tem um desequilíbrio enquanto há esse desequilíbrio vai aumentando-se a temperatura do bolo entenderam o que tá acontecendo Então ele vai aumentando a temperatura aumentando a temperatura enquanto esse desequilíbrio entre o fluxo de calor que ele está

ganhando né o fluxo de energia que ele está ganhando fluxo de radiação que ele absorve e o fluxo de radiação que ele emite então Enquanto aqui ele absorve for maior do que emite então ele vai aumentando a sua temperatura beleza entenderam o que tá acontecendo aí vai acontecendo isso até chegar o momento no o que acontece os dois ficam em equilíbrio térmico atinge o equilíbrio térmico o equilíbrio térmico nesse caso seria o quê a quantidade de energia térmica está absorvendo tá ou seja o fluxo de calor R de que está sendo radiado que chega até

ele que ele absorve é igual aquilo que ele está emitindo quando há esse equilíbrio aí o que acontece ele para de aumentar a temperatura porque a quantidade que ele absorve igual ao que ele emite isso então é chamado de equilíbrio térmico então eu vou colocar aqui para vocês ó e numa fornal então quando que para de aumentar a temperatura quando a quantidade de energia absorvida é igual a quantidade de energia emitida não é isso que eu disse para vocês então vou colocar assim para vocês ó num forno ao aquecermos um um alimento qualquer enquanto colocar

uma vírgula aqui ó vírgula Tá ali tá enquanto o fluxo e calor de calor tá absorvido pelo alimento pelo alimento pelo alimento for maior que o emitido enquanto ocorre isso a temperatura aumenta Então é isso que nós temos ó no forno aquecemos o alimento vírgula enquanto o fluxo de calor absorvido pelo alimento for maior que o emitido pelo esse alimento então né a temperatura aumenta no momento que atinge o equilíbrio ou seja o fluxo que ele absorve igual ao fluxo que ele emite aí o que acontece ele atinge o equilíbrio térmico ou seja fica com

a temperatura constante certo vamos pensar o seguinte o o fluxo que ele tá absorvendo é praticamente constante ele praticamente não muda o que vai mudando é o fluxo de calor que ele tá emitindo então por exemplo o o forno ele tá fornecendo a energia é uma taxa praticamente constante ele praticamente não muda tá agora o que que vai acontecer o bolo conforme ele aumenta temperatura ele emite mais radiação térmica certo é isso que ele tá fazendo então conforme aumento temperatura emite mais riação térmica até chegar o momento que atinge o equilíbrio ficam iguais então eu

vou colocar aqui para você o seguinte que no momento no momento que o fluxo de radiação absorvida for igual ao emitido então no momento que o fluxo de radiação absorvido for igual ao emitido o corpo estará em equilíbrio térmico então o alimento nesse caso né estará em equilíbrio térmico ou seja temperatura constante certo então seria isso galera tá então a primeira coisa que nós temos que entender é isso então o que que nós temos que compreender agora vem comigo temos o seguinte galera Ó que conforme aumentamos então a temperatura mais o corpo emite radiação né

não é isso e nós temos que o fluxo que ele emite concorda que é igual é proporcional a que ele está absorvendo certo perceberam isso então eu posso pensar o seguinte vou até colocar com outra cor ó o fluxo radiação que tá sendo emitido tá ó o fluxo de radiação e absorvido Opa desculpa o fluxo riação emitido é proporcional ao absorvido por conforme ele absorve mais mais ele vai emitir essa radiação Então são proporcionais tudo bem pegaram a ideia então quem percebeu isso aqui quem percebeu essa ideia foi um cara chamado Kirk tá então essa

ideia aqui que nós acabamos de fazer é uma ideia desse cara aqui ó kir kir Kof tá então seria essa ideia então relacionado a ele tá que ele estudava o quê ele estudava as radiações emitidas pelo sol tá então essa radiação que o sol estava emitindo ele tentava estudar então sobre isso então então ele percebeu isso aqui agora outra coisa que nós podemos perceber também o quê que o fluxo de radiação que está sendo emitido Ou seja a energia radiada é proporcional à temperatura do corpo tá então Ó a energia a taxa de energia dissipada

pelo corpo ou seja a taxa de energia transmitida Tá então vamos lá a taxa deer transmitida por radiação por radiação é proporcional à temperatura do corpo é proporcional a temperatura do corpo certo então nós temos isso a taxa de energia transmitida por radiação é proporcional à temperatura do corpo então quanto maior a temperatura dele mais ele vai emitir radiação tá tanto faz se é um meio fluido se é um meio sólido não importa Tá mas só que quanto mais aumenta a sua temperatura mais radiação ele está emitindo Então seria isso Beleza entenderam a ideia tá

agora Qual é a importância disso para se chegar na física quântica né porque se a gente pensa só nisso aqui a gente fica Ah tá beleza lindo mas como que eu vou chegar na ideia da física quântica que é o que nós queremos bom a ideia tá assim vamos começar as interpretações começar algumas tá ainda tem muita coisa para ver tá galera para nós chegarmos na ideia principal Tá mas o que que nós temos o seguinte vamos parar e analisar eh quando eu tenho um corpo que aumenta aumenta a temperatura emite radiação o por que

que isso ocorre né Por que que um corpo ele emite radiação térmica conforme aumento da temperatura o que que isso tem a ver o que que a temperatura tem a ver é isso que eu quero que você entenda bom a ideia tem a ver com o seguinte galera quando eu tenho uma partícula Vamos pensar Vamos pensar num átomo um átomo Vamos pensar assim o átomo ele é formado por quê pelo qu que que nós sabemos nós temos o núcleo e temos a eletrosfera não é isso no núcleo nós temos o quê cargas positivas chamad de

prótons e temos os nêutrons não é isso hoje nós sabemos disso e temos na camada eletrosfera nós temos os elétrons Então são cargas não é isso sabe--se que quando as cargas são aceleradas ou desaceleradas elas emitem radiação tá então quando eu acelero cargas tá ou desaceleram essas cargas elas emitem radiação e essa radiação é uma radiação que seria da eh proporcional à radiação infravermelha radiação térmica certo às vezes dependendo da aceleração ou desaceleração pode ser um outro tipo de radiação também mas só que nesse caso tô pensando na radiação infravermelha que seria a radiação térmica

Tá mas poderia ser uma radiação de raiz x radiação de luz visível independente Mas normalmente uma radiação na aqui no caso no dia a dia de infravermelho tá bom radiação térmica agora como isso ocorre então se eu acelero ou desacelero uma carga ela emite radiação o que que isso tem a ver bom o que que você estudou lá na sua sala de aula que todo o corpo ele ele é formado que é formado por átomos eles têm esses átomos se movimentando n agitar de maneira agitada né isso quando é um meio sólido ou meio líquido

ou às vezes quando e quando é um meio gasoso a Ah tem transferência de calor através da convecção também Professor Opa Tem mesmo tem também no meio líquido convecção não tem tem tem sim tá agora o que eu quero que vocês entendam é o seguinte se ele se movimenta faz agitação faz esse movimento aqui concordam que as cargas estão em movimentos estão se movimentando tem uma aceleração uma desaceleração acelera desacelera desacelera desacelera não é isso que ela faz faz se movimento e a temperatura né a medida do grau de agitação dos átomos ou das moléculas

é isso não é se a temperatura é a medida do grau de agitação dos átomos ou moléculas então o que que nós temos conforme ele tá agitado se a temperatura for menor ele tá menos agitado temperatura maior mais agitado não é isso mais agitado ainda maior temperatura não é isso que acontece com os átomos por quê porque cada vez que ele vai para lá ele retorna ele vai pra direita né ele vai pra sua esquerda né no caso né minha direita mas sua esquerda aí quando ele vai pra sua esquerda aí ele para ele começa

a retornar agora sa indo pra sua direita ele tá variando a velocidade não está mudando a direção que mudando a direção não mudando o sentido do movimento está não está Então tá variando a velocidade então tem uma aceleração não tem isso tem aceleração E cada vez que ele alterna ele emite uma radiação térmica então ele foi para lá vai parar vai voltar não vai vai emitir radiação térmica vai emitir radiação térmica emitir radiação térmica E se ele tiver mais agitado emite mais R térmica entendeu o que tá acontecendo Então o fato de tá oscilando ele

tá emitindo radiação térmica por a variação da velocidade é porque tem aceleração e toda vez que tem aceleração ou desaceleração ele emite uma radiação térmica então ele vai emitindo radiação emitindo radiação emitindo radiação é isso que ele tá fazendo que quando você aumenta a temperatura el emite mais radiação térmica agora o que que isso tem a ver tem a ver o seguinte tem a ver com o fato do que se um corpo aumenta sua temperatura mais radiação térmica ele está emitindo porque as moléculas estão oscilando mais entendeu a ideia então seria isso então é por

isso que a temperatura está relacionada com o qu com a com o grau deção das moléculas ou dos átomos tudo bem certinho nó vamos continuar agora isso aqui é ideia para se levar ao qu a teoria do corpo negro que que seria a ideia de um corpo negro vamos entender bom a ideia de um corpo negro vem comigo olha só e vamos imaginar sabe quando você tá jogando eh tá começando a participar de esportes e tem uma bola tipo meio emborrachada que você usa para jogar handball no início você tá lá fazendo por exemplo o

quinto ano do ensino fundamental sexto ano do Ensino Fundamental normalmente ou às vezes até um pouco antes tem uma bola meio emborrachada que o pessoal usa para jogar futebol usa para jogar e handball eles vão brincar de queima Lembra daquela bola lembram Então tá essa bola aí essa bola eu vou imaginar o seguinte ela tem ali ela pode ser qualquer cor ela pode ser vermelha ela pode ser amarela azul tanto faz a cor mas imagina essa bola independente da cor dela ela não tem um pininho para encher ela lembra que tem um pininho e aquele

pininho ali pode ser retirado já perceberam ou não Sim então tá aquele pininho que você tem ali quando você retira aquele pininho Que cor que fica aqu ali aquele local ali fica bem preto né aquilo ali sim aquilo ali sim que seria ausência de luz Sabia sabe quando nós falamos que o preto é ausência das cores de luz é verdade isso não não é verdade tá a cor preta que nós vemos no nosso dia a dia não é ausência de luz Apesar que no seu vestibular você vai assinalar isso tá mas só que não seria

bem a ausência de luz ainda é combinação combinações de cores de luz tá a cor preta por por isso que tem tonalidades diferentes Você tem uma cor preta um pouquinho diferente de outra um pouquinho diferente de outro muda um pouquinho não muda porque absorver 100% é muito difícil absorver 100% tá então a ausência de luz que nós falamos que o preto é ausência de luz então a ideia que nós colocamos não é bem correta tá eh a ausência de luz seria Por exemplo essa bola tá ali sim é ausência de luz ali realmente a cor

preta agora eu pergunto para você se a se é ausência de luz você enxerga não você não enxerga você percebe tá você não enxerga porque o ato de você enxergar significa os raios de luz estão chegando até os seus olhos se os Rais de luz não chegam aos seus olhos você não enxerga Olha que esquisito que eu vou falar agora para você você vê a sombra não você não vê a sombra você percebe a sombra Porque tem uma região que está mais iluminada do que outra então tem mais raios de luz Chegando de um local

até os seus olhos do que o outro aí como tem mais raos de luz Chegando de um local até os seus olhos do que um outro então aquele local onde tá chegando menos você fala Opa ali a sombra entenderam Então é assim que você percebe a sombra mas você não vê a sombra então a mesma coisa aqui nessa bola por qu você não vê aquilo ali você percebe Aquela aquele ponto Preto ali então quando você retira então aquele pino então A ideia é a seguinte ó vamos imaginar Então tá que isso daqui seja a bola

tá essa aqui é a minha bola on onde eu peguei esse orifício e Arranquei aquele pininho isso aqui é o meu pino tá então faz contas ISS aqui é uma bola tá você vai acreditar que isso aqui seja tudo bem aí o que que nós temos seguinte galera eu tenho essa bola aqui Retirei o pininho dela um raio de luz vai chegar até ela tá esse Raio de Luz chega até ela aí o raio de luz tá chegando aqui ó e vai conseguir entrar dentro desse orifício certo e aí quando ele entra dentro desse orifício

aqui esse de luz ele vai vir e vai atingir aqui não é isso aí o que que nós temos vocês têm aquele aquele caso né você vai ter que traçar normal o ângulo de incidência igual a ângulo de reflexão em qualquer caso né você vai ter que fazer isso tá então vai ser uma parte absorvida sempre uma parte da luz é absorvida tá sempre não né mas quase todos os casos tá bom praticamente 100% das vezes até mesmo no espelho muitas vezes também é absorvido uma parte aí o que acontece ele chega até aqui e

reflete uma parte então ele absorve uma parte e reflete outra aí ele reflete uma parte da luz e vai para lá então absorveu uma parte e uma parte refleti veio para cá quando chegou aqui atingiu a superfície aqui uma parte foi absorvida e uma parte refletida mesma coisa aqui mesma coisa aqui mesma coisa aqui e aí ele vai batendo batendo batendo batendo E cada vez que ele tá incidindo na superfície dessa bola no interior dela ele tá sendo absorvido uma parte absorvida absorvida agora Pense comigo se uma parte sendo absorvida e aqui vai ter infinitas

reflexões praticamente então nós temos que tudo vai ser absorvido então praticamente nada dessa radiação Luminosa conseguiu entrar nesse orifício consegue sair Então como não consegue sair praticamente nada então agora eu posso dizer que aqui sim é ausência de luz essa aqui a cor preta que nós falamos nosso dia dia ah ISS aqui é a cor preta tá esse aqui sim é ausência de luz porque você não vê você percebe porque ele absorveu toda a luz que entrou ali entenderam a ideia então seria isso tá agora o que que nós vamos pensar imagina que chegou a

essa radiação ele absorveu 100% da radiação essa absorção de 100% da radiação nós chamamos de corpo negro então isso aqui nós podemos tá considerar com como sendo praticamente um corpo negro porque praticamente nada vai serir pelo orifício então a ideia de um corpo negro é isso corpo negro então corpo negro seria aquele corpo que ele consegue absorver praticamente o o correto seria 100% Tá mas assim seria o corpo que vai absorver 100% de uma determinada de um determinado tipo de energia não necessariamente que seja uma energia luminosa uma energia que seja vista por nós pode

ser uma energia térmica ele poderia ter absorvido toda a energia térmica ele poderia ter absorvido toda a energia de uma radiação Gama por exemplo tá poderia ser qualquer coisa assim mas só que normalmente nós vamos falar da radiação Luminosa ou de radiação térmica então se ele absorve praticamente 100% da energia absorvida nós chamamos de corpo negro então 100% da energia no caso Luminosa está sendo absorvida tá então 100% da energia absorvida agora o que acontece quando chega essa radiação até aqui e ele absorve vocês concordam comigo que a energia não pode ser criada a energia

não pode ser destruída não é isso tá se a energia não pode ser criada ela não pode ser destruída essa energia que entrou aqui porque é uma energia também né energia luminosa Então tem que ser transformada em algum outro tipo de que tipo de energia que se transforma geralmente energia térmica isso mesmo energia térmica então a temperatura dessa bola irá aumentar irá tá então ele pode se tornar também o corpo negro por ser o quê um perfeito emissor de radiação térmica Opa calma aí professor você falou que 100% da energia térmica sendo absorvida é um

corpo negro Correto sim mas calma aí agora você falou se ele emitir 100% da energia dele tá você emitir 100% dela como um tipo de energia só ele você falou também que ele é um perfeito emissor então é um corpo negro também correto Opa Mas então ele pode ser corpo negro tanto absorvendo quanto emitindo radiação térmica sim pode se ele emitir praticamente 100% da sua energia em um determinado tipo de energia eu posso dizer que ele é um perfeito emissor de energia então ele seria um corpo negro também olha só sabe aquela lâmpada amarela chamado

lâmpada de tungstenio aquela que tem um filamento Zinho que hoje está saindo do mercado Provavelmente em breve já vocês não vão encontrar mais então aquela lâmpada que tem aquele filamento que vai ser aquecido a uma alta temperatura tá que que ela faz ela praticamente dos 100% de energia que chega até ela da 100% da energia elétrica que chega até ela 95% é transformado em energia térmica e apenas 5% transformado energia luminosa ou seja seja você tá perdendo 95% daquela energia que ela absorve em energia térmica Então você tá perdendo então por isso que ela tá

saindo do mercado porque ela não é tão boa quanto as outras fluorescentes ou as outras lâmpadas que estão entrando hoje né também as lâmpadas de led você deve est na sua casa já ou deve estar chegando aí tá Então essas são melhores ainda né Por quê praticamente 100% da energia que chega até ela ela transforma em energia no caso Luminosa tá nesse caso aqui então eu eu posso dizer que aquela lâmpada de tungstênio ele é um perfeito praticamente perfeito é praticamente um corpo negro um perfeito emissor de energia porque quase 100% delas transformou em energia

térmica tá is é um exemplo outro exemplo também de de um corpo negro eu posso pensar também no quê no sol o sol também ele emite quase 100% da sua energia como energia térmica então eu posso dizer também que o sol se compara praticamente a um corpo negro tudo bem seria ess essa ideia mas todo esse estudo ele vem da onde vem da ideia dessa bola aqui por exemplo um exemplo tá pensando nisso aqui para nós tá do ensino médio tudo bem no ensino superior nós podemos serer de mais outras maneiras mas a ideia básica

seria isso aqui tudo bem certo então tá então o corpo negro nós temos que é isso tá agora pensando na ideia de corpo negro o que que as pessoas analisaram eles pensaram o seguinte imagina as moléculas que estão aqui ó as moléculas que estão aqui nesse orifício bem aqui aqui elas oscilam um movimento harmônico simples um MGS então ele fica oscilando em torno de um MGS e cada oscilação que ele vai tá fazendo aqui se ele oscilar mais rápido ele emite mais radiação se oscilar mais lento emite menos radiação Então essa radiação Luminosa que entrou

aqui e a o fato dela emitir radiação depois ele vai fazer o quê vai ficar oscilando e essa oscilação dessas moléculas aqui vai fazer o quê se tornar então um perfeito emissor também de certo radiação térmica nesse caso Tudo bem então podemos comparar isso aqui a um movimento harmônico simples Tudo bem então tá e agora nós vamos ver a ideia então do deslocamento de vim tá e mais algumas coisinhas vamos lá