3^a ) O que é um corpo negro? Qual o experimento a ele relacionado, e que resultados foram obtidos? Que problema isso trazia para a Física da época, e como Planck o solucionou?
Boa sorte!

Passo 1

O enunciado pede para entender o conceito de corpo negro, descrever o experimento histórico associado e seus resultados, explicar o problema que isso criava na Física clássica e mostrar como Planck resolveu esse impasse. O conteúdo principal envolve radiação térmica de um emissor ideal e o nascimento da mecânica quântica.

Passo 2

Um corpo negro é um emissor e absorvedor perfeito de radiação eletromagnética: ele absorve toda a radiação incidente e, em equilíbrio térmico à temperatura T, emite uma distribuição de energia que depende só de T. Como modelo prático usa-se uma cavidade com pequena abertura, cujas paredes emitem internamente radiação que atinge um equilíbrio termodinâmico.

Passo 3

No fim do século XIX, Lummer, Pringsheim e Rubens mediram a intensidade espectral da radiação emitida por essa cavidade em função do comprimento de onda lambda ou da frequência nu para várias temperaturas T. Eles encontraram curvas com um pico que se desloca para comprimentos de onda menores conforme T aumenta (lei de Wien: lambdamaxT=constante) e viram que a energia total emitida segue a lei de Stefan–Boltzmann ( Epropto T^4).

Passo 4

A Física clássica, usando o teorema da equipartição, previa para a densidade espectral em frequência
u(nu,T)=8pinu^2c^3,kT,
o que cresce indefinidamente com nu. Na prática isso não ocorre: para altas frequências a intensidade cai, evitando infinidade de energia (a chamada catástrofe ultravioleta). Esse conflito entre teoria e experimento era um grave problema para a Física da época.

Passo 5

Max Planck propôs que os osciladores das paredes da cavidade só podem trocar energia em “pacotes” quânticos de valor hnu, com h constante universal. Partindo dessa hipótese ele deduziu a lei de radiação de corpo negro
u(nu,T)=8pi hnu^3c^3,1e^hnu/(kT)-1,
que concorda com todos os dados experimentais e elimina a divergência clássica. A constante h tornou-se a base da mecânica quântica.

Resposta

Um corpo negro é um emissor e absorvedor perfeito de radiação térmica. Experimentos de Lummer–Pringsheim mostraram uma curva espectral com pico dependente de T, em desacordo com a previsão clássica que divergia na região ultravioleta. Planck resolveu o problema ao quantizar a troca de energia dos osciladores, dando origem à lei de radiação de corpo negro e inaugurando a mecânica quântica.

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