¿Por qué las cosas emiten luz cuando están calientes?

Debido a la radiación del cuerpo negro. Max Planck descubrió que cada objeto que tiene una temperatura superior a 0 Kelvin irradiará fotones. Esto se debe únicamente a la preferencia de la naturaleza de hacer que las partículas adquieran la energía más baja posible del sistema.
EDITAR: Cuando le da energía (calor) a un sistema, el sistema le devolverá esa energía como fotones (luz) para que tenga la energía más baja posible.

Veo varias respuestas anteriores que repiten el hecho de que los objetos calientes emiten luz, pero ninguna de ellas responde a la pregunta “por qué”.

Tiene que ver con la termodinámica. A una temperatura dada, en equilibrio termodinámico, la energía se comparte por igual (en promedio) entre todos los modos que pueden excitarse energéticamente. Teorema de equipartición – Wikipedia Esto incluye modos de oscilación electromagnética en el espacio.

Si desea profundizar un paso más, podría señalar que la termodinámica describe el equilibrio, pero no la mecánica de cómo se alcanza. Por eso, diría que, como cuestión general, la radiación electromagnética proviene de cargas aceleradas. Hay muchos electrones en “cosas” que pueden moverse (acelerar) para excitar los modos ópticos.

Otra forma de leer la pregunta es enfocarse en las palabras “luz” (en oposición a otras longitudes de onda de radiación EM) y “caliente”. Para una temperatura dada, hay una distribución de probabilidad de qué longitudes de onda (frecuencias) se producen. A temperatura ambiente, la distribución de probabilidad alcanza su punto máximo en el infrarrojo (alrededor de 10 micrómetros de longitud de onda). A 5000 grados (que es la temperatura de la superficie del sol), el pico está en el medio del espectro visible (cerca de 0.5 micrómetros de longitud de onda). A medida que se calienta más que la temperatura ambiente, las probabilidades cambian cada vez más a favor de la emisión de luz visible.

Todas las cosas, suponiendo que están por encima del cero absoluto, emiten luz.

El problema es que la mayoría de las veces esa luz es simplemente invisible para nuestros ojos.

Las cosas con energía interna (es decir, tienen temperatura) se mueven constantemente y rebotan entre sí. Estas colisiones convierten efectivamente la energía térmica en energía radiada. Imagina que dos autos chocan, las piezas salen volando, ¿verdad? Bueno, en el mundo de la atómica, las piezas también salen volando. Algunas de estas ‘piezas’ son fotones, y son visibles a nuestros ojos.

Este tipo de energía es la razón por la cual un fuego se siente cálido sin tocarlo realmente. El calor está ‘irradiando’ a tu cuerpo. Al menos (nerds de la física, perdóname por no hablar de la porción menor que podría deberse a la convección), la mayoría es radiación. Considera el sol. Calienta el planeta a través de la radiación, y esta radiación es visible para nuestros ojos.

¿Por qué no todo el calor es visible para nuestros ojos? Por la misma razón que no podemos ver las ondas de radio, o muchas otras cosas. Solo podemos ver una pequeña astilla de la posible ‘luz’ que existe en el universo.

Es probable que podamos ver el espectro que podamos como resultado directo del sol. Fue ventajoso para nosotros discernir la interacción de los fotones en el rango en que el sol cae en cascada a través de nuestro planeta, y por lo tanto nuestros ojos desarrollaron una sensibilidad hacia él. Y cuando las cosas entran en una temperatura particular (o estado de energía) que no es muy diferente del sol a esta distancia, se vuelven visibles para nuestros ojos. También es una advertencia. No toques eso. Hace calor. =]

Esto se llama radiación del cuerpo negro. Cualquier cosa con una temperatura superior al cero absoluto (por lo tanto, todo) emite radiación electromagnética. Hubo cierta confusión por un tiempo, antes del desarrollo de la mecánica cuántica, sobre la radiación del cuerpo negro. La teoría predijo que un cuerpo negro ideal emitiría una cantidad infinita de energía. Catástrofe ultravioleta. La mecánica cuántica resolvió la paradoja.

Me imagino que quieres decir específicamente cuando cosas como el metal se vuelven tan calientes que brillan.

En ese caso, probablemente sea consciente del espectro electromagnético y de que la luz visible es después del infrarrojo y antes del ultravioleta.

Observe que en la palabra “infrarrojo” está “rojo” y “ultravioleta” “violeta”. Esto no es casualidad. Básicamente, dado que el arco iris pasa de Rojo a Violeta (índigo) la radiación que está ‘debajo’ del rojo está en el infrarrojo y ‘más allá’ del violeta es ultravioleta. Por ‘abajo’ y ‘más allá’ realmente estamos hablando de su longitud de onda y frecuencia, que es directamente proporcional a los niveles de energía de los objetos que los emiten. El Sol, por ejemplo, tiene niveles de energía tan locos que nos está disparando con todo tipo de radiación, tanto las que podemos ver como las que no.

Probablemente hayas visto gafas térmicas infrarrojas. Detecta la energía del calor natural emitido por los objetos y una computadora analiza esto y lo escupe en una pantalla que nos muestra visualmente. El infrarrojo bien está justo debajo de lo que podemos ver. Normalmente necesitamos ayuda para verlo. Sin embargo, si presiona algo para que esté lo suficientemente caliente , sus niveles de energía excederán la cantidad requerida para permanecer en la banda infrarroja de longitudes de onda en el espectro electromagnético. ¿Lo que pasa? Se hace visible. ¿Y de qué color brilla el metal cuando hace calor? El primer color es rojo. ¡Algunos metales pueden calentarse lo suficiente como para ser blancos (lo que significa que todos los colores están presentes e inundan nuestros ojos con radiación)!

Asi que es por eso.

Los fotones representan intercambios de momento entre electrones y, por lo tanto, los átomos de las cosas. Estos intercambios son responsables del rebote de los átomos a una temperatura determinada por la energía promedio de los fotones que intercambian impulso.

El calor, la energía, el color y la frecuencia están directamente relacionados directamente con la cinética de los fotones.

Todas las cosas emiten fotones. Los átomos en la superficie reciben fotones que los hacen rebotar hacia afuera pero no escapan, emiten un fotón que retrocede hacia adentro nuevamente. La energía del fotón es la misma que la energía cinética de los átomos que rebotan del sólido. Por lo general, son fotones infrarrojos que tienen poca energía para que podamos ver con nuestros ojos. Pero calentarlo es suministrarle intercambios de momento de alta energía y, por lo tanto, fotones de alta energía con una energía lo suficientemente alta como para que podamos ver. A medida que aumentamos la temperatura, primero vemos el arco iris de colores de rd a violeta, y luego no podemos ver ultravioleta a través de rayos gamma

Cuando las cosas están calientes, los electrones en estas cosas tienen una gran energía cinética térmica (energía térmica). Luego pasan a una órbita más alta para convertir esto en energía potencial porque los electrones de alta energía en órbita más baja son inherentemente inestables. Después de hacer esto, para estabilizarse, liberan esa energía extra y vuelven a un estado de energía más bajo. La energía térmica que obtienen puede ser de unidades no cuantificadas y, por lo tanto, un electrón puede esperar para reunir suficiente energía antes de saltar a una órbita más alta. Sin embargo, la energía que liberan al saltar está determinada precisamente por la diferencia de energía entre las dos órbitas y, por lo tanto, tiene un color distinto.

Como recuerdo de las clases de LÁSER en la escuela de EE en la década de 1970 que, como un elemento está excitado, la temperatura es la forma más común de excitar el átomo, los electrones saltan estados de energía. Todos los saltos entre estados de energía emitirán un fotón. Esto es lo que sucede en la mayoría de los dispositivos de luz eléctrica: utilizamos energía eléctrica para estimular a los electrones a saltar niveles de forma controlada y mantenerlos allí. En realidad, es esta excitación la que produce el calor Y el fotón. Entonces, no es en realidad el calor que produce luz o la luz que produce el calor, sino la excitación que causa tanto el calor como la luz. O esa es la forma en que recuerdo haberlo aprendido 🙂