E' noto che un corpo caldo emette radiazione tramite gli atomi che lo compongono.
Ad un oggetto in movimento è associata un’energia – l’energia
cinetica.
Nel caso dell’oscillazione di un elettrone all’interno di un atomo
(oscillatore atomico) la rapidità del moto, e di conseguenza la sua
energia cinetica E , è misurata dalla frequenza che è anche
la stessa frequenza della radiazione emessa.
Dal momento
che l’energia trasportata da un’onda elettromagnetica è
legata all’energia dell’elettrone che l’ha emessa, si ricava
che l’energia della radiazione è tanto maggiore quanto maggiore
è la sua frequenza: i raggi infrarossi sono meno energetici di quelli
ultravioletti perché la loro frequenza è minore (o, equivalentemente,
la loro lunghezza d’onda è maggiore, dal momento che vale la
relazione = c /ν, dove c è la velocità
della luce).
Se la temperatura aumenta, le velocità di oscillazione crescono. Dal
momento che l’intensità dell’irraggiamento cresce al crescere
dell’energia degli elettroni, questo spiega la comune esperienza che
ogni corpo riscaldato emette una radiazione (si pensi al filamento di una
lampadina) la cui intensità aumenta all’aumentare della temperatura.
Ma l’incremento di luminosità non è l’unico effetto
associato alla crescita della temperatura. All’aumentare delle energie
degli elettroni viene emessa radiazione che si estende fino a frequenze maggiori,
e l’oggetto scaldato cambia colore. Quando cominciamo a scaldare il
filamento di una stufa elettrica, esso effettivamente non emette radiazione
visibile, ma emana calore tramite radiazione infrarossa. All’aumentare
della temperatura la potenza irraggiata aumenta, e il filamento dapprima assume
un colore rosso cupo per poi passare ad un arancione vivo, dal momento che
l’arancione corrisponde a radiazione di lunghezza d’onda minore
rispetto al rosso e all’infrarosso.
Benché il quadro appena descritto si applichi a tutti gli oggetti,
ci si aspetta che corpi di sostanze diverse, anche se posti alla stessa temperatura,
presentino qualche differenza nella radiazione emessa perché diversi
sono gli atomi che li compongono e diverse sono le loro modalità di
oscillazione (si pensi alla diversità di oscillazione di una molla
di orologio e di una molla utilizzata come ammortizzatore di un’automobile).
In effetti queste differenze ci sono. Tuttavia, fin dal 1792, T. Wedgwood,
famoso per le sue porcellane e antenato di Darwin, aveva osservato che tutti
i corpi diventano rossi roventi alla stessa temperatura. In realtà
c’è una condizione particolare in cui tutti i corpi, indipendentemente
dalla natura, emettono la stessa radiazione: questa condizione è detta
equilibrio termodinamico
Quando una radiazione colpisce un corpo, questo in parte la assorbe, in parte
la riflette e in parte la trasmette. Un vetro trasparente presenterà
quindi un assorbimento ed una riflessione quasi nulli e grande trasmissione;
uno specchio, invece, assorbimento e trasmissione nulli e massima riflessione,
e così via.
I corpi sono definiti opachi, riflettenti e trasparenti, a seconda se prevale
rispettivamente l'assorbimento, la riflessione o la trasmissione.
Il corpo nero è quello che assorbe tutta la radiazione, senza rifletterla
o trasmetterla, ed è capace di emettere qualunque radiazione: è
detto perciò anche "radiatore perfetto".
Il Corpo Nero è un oggetto teorico che assorbe il 100% delle radiazioni
che lo colpiscono. Dunque non riflette alcuna radiazione e appare perfettamente
nero. ATTENZIONE: un corpo puo' apparire nero ai nostri occhi perchè
assorbe solo la luce visibile. Qui stiamo parlando di tutto lo spettro elettromagnetico.
il
In pratica in natura niente assorbe totalmente (la migliore approssimazione e' il carbonio in forma di grafite che riflette solo il 3%), ma concetto di un tale perfetto assorbitore di energia è molto utile nello studio del comportamento della radiazione elettromagnetica.
In pratica, un piccolo foro in una scatola con l'interno annerito, si avvicina
molto al concetto di corpo nero perchè la radiazione che entra nel
foro difficilmente riuscirà a sfuggirne di nuovo e verrà quindi
assorbita. Quella che alla fine uscirà corrisponderà all'equilibrio
di temperatura del corpo.