Conceitue:
Defina as propriedades refletividade, absortividade e transmissividade. Como se configura um corpo negro com relação a essas três propriedades?

Passo 1

O que o enunciado pede:
  • Definir as propriedades refletividade, absortividade e transmissividade.
  • Dizer como se configura um corpo negro em relação a essas três propriedades.
Informações relevantes para usar na resposta:
  • Essas propriedades são frações de energia radiante incidente que são refletidas, absorvidas ou transmitidas.
  • Podem variar com o comprimento de onda \lambda e com a direção de incidência.
  • Há uma relação de conservação de energia entre elas (tudo o que chega deve ser refletido, absorvido ou transmitido).

Passo 2

Definição e explicação didática da absortividade (absorptividade):
  • Conceito: a absortividade é a fração da energia radiante incidente que é absorvida pelo corpo.
  • Fórmula direta e intuitiva:
\alpha \;=\; \frac{E_{\text{absorvida}}}{E_{\text{incidente}}}
onde E_{\text{absorvida}} é a energia que ficou no corpo e E_{\text{incidente}} é a energia que chegou.
  • Características práticas:
    • É adimensional (valor entre 0 e 1).
    • Depende do comprimento de onda: por exemplo, um material pode absorver bem no infravermelho e pouco no visível.
    • Depende da superfície (cor, textura) e do ângulo de incidência.
  • Exemplos simples:
    • Uma superfície pintada de preto fosco tem alta \alpha no visível (absorve muita luz).
    • Uma superfície metálica polida tem baixa \alpha em certas faixas (absorve pouco).

Passo 3

Definição e explicação didática da refletividade (reflectância):
  • Conceito: a refletividade é a fração da energia incidente que é devolvida pela superfície por reflexão.
  • Fórmula:
\rho \;=\; \frac{E_{\text{refletida}}}{E_{\text{incidente}}}
  • Tipos de reflexão:
    • Reflexão especular: como no espelho — energia refletida em direção específica.
    • Reflexão difusa: como na tinta fosca — energia espalhada em muitas direções.
  • Características práticas:
    • Também é adimensional e varia entre 0 e 1.
    • Depende do comprimento de onda e do ângulo.
  • Exemplos:
    • Espelho: \rho próximo de 1 no visível.
    • Superfície branca: alta \rho no visível (reflete a maior parte).

Passo 4

Definição e explicação didática da transmissividade (transmitância):
  • Conceito: a transmissividade é a fração da energia incidente que atravessa o material e sai do outro lado.
  • Fórmula:
\tau \;=\; \frac{E_{\text{transmitida}}}{E_{\text{incidente}}}
  • Características práticas:
    • Também adimensional, entre 0 e 1.
    • Depende fortemente da espessura, do índice de refração, do comprimento de onda e do acabamento das faces.
  • Exemplos:
    • Vidro transparente para luz visível: \tau alto no visível.
    • Metal opaco: \tau praticamente 0 (não transmite).

Passo 5

Relação de conservação de energia entre as três grandezas:
  • Toda a energia incidente só pode ser refletida, absorvida ou transmitida, então vale:
\alpha + \rho + \tau = 1
  • Observações:
    • Essa igualdade vale ponto a ponto (para um dado comprimento de onda \lambda e direção). Na forma espectral:
    \alpha(\lambda) + \rho(\lambda) + \tau(\lambda) = 1.
    • Para corpos opacos tem-se \tau = 0, logo \alpha + \rho = 1.

Passo 6

O que é um corpo negro e como ele se configura quanto a essas propriedades:
  • Definição física sucinta: um corpo negro é um objeto ideal que absorve toda a radiação eletromagnética incidente, para todas as frequências e direções.
  • Isso implica, pelas definições: \alpha = 1,\qquad \rho = 0,\qquad \tau = 0.
  • Consequências e comentário adicional (útil para prova):
    • Pela lei de Kirchhoff da radiação térmica, em equilíbrio térmico a emissividade \varepsilon(\lambda,T) de um corpo é igual à sua absortividade \alpha(\lambda). Para o corpo negro, \varepsilon = 1: ele é o emissor ideal (emite a máxima radiação possível a uma dada temperatura; a distribuição espectral é dada pela lei de Planck).
    • Um corpo negro ideal não existe perfeitamente na prática, mas cavidades com um pequeno orifício aproximam muito bem um corpo negro porque a radiação que entra dificilmente sai (fica “presa” e é absorvida nas paredes).

Passo 7

Exemplos comparativos rápidos (para fixar):
  • Espelho metálico: \rho \approx 1, \alpha \approx 0, \tau \approx 0.
  • Vidro transparente (visível): \tau elevado no visível, \alpha e \rho baixos dependendo do tratamento das faces.
  • Superfície pintada de preto fosco: \alpha alto, \rho baixo, \tau = 0.
  • Corpo negro ideal: \alpha = 1,\\ \rho = 0,\\ \tau = 0.

Resposta

Absortividade: fração da energia radiante incidente que é absorvida, \displaystyle \alpha=\frac{E_{\text{absorvida}}}{E_{\text{incidente}}}.
Refletividade: fração da energia incidente que é refletida, \displaystyle \rho=\frac{E_{\text{refletida}}}{E_{\text{incidente}}}.
Transmissividade: fração da energia incidente que é transmitida através do corpo, \displaystyle \tau=\frac{E_{\text{transmitida}}}{E_{\text{incidente}}}.
Relação de conservação: \displaystyle \alpha+\rho+\tau=1 (valendo também espectralmente \alpha(\lambda)+\rho(\lambda)+\tau(\lambda)=1).
Corpo negro: \displaystyle \alpha=1,\\ \rho=0,\\ \tau=0 (absorve toda a radiação incidente e, por Kirchhoff, tem emissividade \varepsilon=1).

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