Radiação do Corpo Negro

A radiação do corpo negro é um tema importante da Física Moderna e aparece em questões do ENEM relacionadas à energia, luz e propriedades da matéria. Entender esse conceito ajuda a compreender a origem da física quântica e o funcionamento de tecnologias como fornos, lâmpadas e até a radiação emitida pelas estrelas.

O que é um corpo negro?

Um corpo negro é um objeto idealizado que absorve toda a radiação que incide sobre ele, sem refletir nem transmitir nada. Além de absorver bem, ele também é um excelente emissor de radiação térmica. Na prática, não existe um corpo negro perfeito, mas alguns materiais e objetos se aproximam desse comportamento.

Um bom exemplo é o forno com paredes escuras: quando aquecido, ele emite radiação que depende da temperatura. Esse tipo de radiação é o que chamamos de radiação do corpo negro.

Como a radiação depende da temperatura?

Todo corpo emite radiação, e quanto maior a temperatura, maior a quantidade de energia emitida. Além disso, a cor da radiação muda conforme a temperatura. Por exemplo:

Em temperaturas baixas, a radiação é invisível (infravermelha);
Com o aumento da temperatura, começa a aparecer uma luz avermelhada (como o filamento de uma lâmpada);
Em temperaturas ainda maiores, a radiação pode ser branca ou azulada (como a cor de algumas estrelas).

Essas mudanças são explicadas pelas leis da radiação do corpo negro.

Leis importantes da radiação do corpo negro

Dois físicos ajudaram a descrever o comportamento da radiação do corpo negro: Stefan-Boltzmann e Wien.

Lei de Stefan-Boltzmann

Essa lei afirma que a energia total irradiada por um corpo negro é proporcional à quarta potência da temperatura absoluta (em kelvin):

E = σ · A · T⁴

E: energia emitida por segundo (potência);
σ: constante de Stefan-Boltzmann (5,67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴);
A: área da superfície do corpo;
T: temperatura em kelvin (K).

Isso significa que se a temperatura dobrar, a energia emitida aumenta 16 vezes!

Lei do Deslocamento de Wien

Essa lei mostra que o comprimento de onda em que ocorre a maior emissão de radiação depende da temperatura. A fórmula é:

λ_máx = b / T

λ_máx: comprimento de onda de emissão máxima (em metros);
b: constante de Wien (2,9 × 10⁻³ m·K);
T: temperatura em kelvin.

Essa equação explica por que objetos mais quentes emitem luz com tons azulados e objetos mais frios emitem luz avermelhada.

Problema do ultravioleta e a Física Quântica

No final do século XIX, os cientistas usavam a Física Clássica para prever a radiação emitida por um corpo negro. No entanto, essas previsões funcionavam bem em baixas frequências, mas falhavam em altas frequências (como o ultravioleta), prevendo que a energia seria infinita — o que era impossível. Esse erro ficou conhecido como catástrofe do ultravioleta.

Foi então que, em 1900, Max Planck propôs uma ideia revolucionária: a energia não é emitida de forma contínua, mas sim em “pacotes” chamados quanta. Ele criou uma nova fórmula que resolvia o problema e explicava corretamente os dados experimentais. Nascia assim a Física Quântica.

Importância da radiação do corpo negro

A teoria da radiação do corpo negro foi essencial para o desenvolvimento da física moderna e tem várias aplicações:

Ajuda a entender o brilho e a cor das estrelas;
Permite o funcionamento de sensores térmicos e câmeras infravermelhas;
Está presente no funcionamento de lâmpadas incandescentes e fornos;
Baseia o princípio do forno de micro-ondas e do aquecimento solar.

Resumo para o ENEM

Corpo negro: modelo ideal que absorve toda radiação;
Radiação depende da temperatura: mais quente, mais energia e mudança na cor;
Lei de Stefan-Boltzmann: energia ∝ T⁴;
Lei de Wien: comprimento de onda ∝ 1/T;
Catástrofe do ultravioleta: problema da física clássica que levou à física quântica;
Max Planck: propôs que a energia é emitida em pacotes (quanta);
Aplicações: astrofísica, engenharia térmica, tecnologias do dia a dia.

Entender a radiação do corpo negro é importante para conectar conceitos de energia, temperatura e luz, e também para compreender a transição entre a física clássica e a moderna. É um tema que pode aparecer tanto em questões diretas quanto em interpretações de gráficos e fenômenos no ENEM.