¿Qué es
un cuerpo negro?
Un cuerpo
negro hace referencia a un objeto opaco que emite radiación
térmica. Un cuerpo negro perfecto es aquel que absorbe toda la luz
incidente y no refleja nada.
A temperatura ambiente, un objeto de este tipo
debería ser perfectamente negro (de ahí procede el término cuerpo negro).
Imagen 35. 36 y 37.
Sin embargo, si se calienta a una temperatura
alta, un cuerpo negro comenzará a brillar produciendo radiación térmica.Imagen
35, 36 y 37.
Imagen 35.- cuerpos a temperatura ambiente
Todos los objetos emiten radiación térmica (siempre que su temperatura
esté por encima del cero absoluto, o -273,15 grados Celsius), pero ningún
objeto es en realidad un emisor perfecto, en realidad emiten o absorben mejor
unas longitudes de onda de luz que otras.
Estas pequeñas variaciones dificultan el estudio de la interacción de la
luz, el calor y la materia utilizando objetos normales. Imagen 36.
Afortunadamente, es posible construir
un cuerpo negro prácticamente perfecto. Se construye una caja con algún
material que sea conductor térmico, como el metal.
La caja debe estar completamente cerrada por
todas sus caras, de forma que el interior forme una cavidad que no reciba luz
del exterior. Entonces se hace un pequeño agujero en algún punto de la caja.
La luz que salga de ese agujero tendrá un
parecido casi exacto a la luz de un cuerpo negro ideal, a la temperatura del
aire del interior de la caja. Imagen 38.
Imagen 38.- cuerpo negro con abertura
A principios del siglo XX, los
científicos Lord Rayleigh, y Max Planck (entre otros) estudiaron la radiación
de cuerpo negro utilizando un dispositivo similar. Tras un largo estudio,
Planck fue capaz de describir perfectamente la intensidad de la luz emitida por
un cuerpo negro en función de la longitud de onda.
Fue incluso capaz de describir cómo
variaría el espectro al cambiar la temperatura. Imagen 40.
El trabajo de Planck sobre la radiación
de los cuerpos negros es una de las áreas de la física que llevaron a la
fundación de la maravillosa ciencia de la mecánica cuántica.
Lo que Planck descubrio era que a
medida que se incrementaba la temperatura de un cuerpo negro, la cantidad total
de luz emitida por segundo también aumentaba, y la longitud de onda del máximo
de intensidad del espectro se desplazaba hacia los colores azulados.
Teoría de Max Planck
En
1889, Max Planck (Imagen 43) descubrió una constante fundamental, la denominada constante
de Planck, usada para
calcular la energía de un fotón.
Esto
significa que la radiación no puede ser emitida ni absorbida de forma continua,
sino solo en determinados momentos y pequeñas cantidades denominadas cuantos o
fotones.
La energía de un cuanto o fotón
depende de la frecuencia de la radiación:
donde
h es la constante de Planck y su valor es 6,62 por 10 elevado a -34 julios por segundo o también 4,13 por 10
elevado a -15 electronvoltios por segundo.
Un
año después descubrió la ley de la radiación electromagnética emitida por un
cuerpo a una temperatura dada, denominada Ley de Planck, que explica el espectro de emisión
de un cuerpo negro.
Imagen
41.
Esta
ley se convirtió en una de las bases de la mecánica
cuántica, que emergió
unos años más tarde con la colaboración de Albert Einstein y Niels Bohr, entre otros.
Funte: http://docs.kde.org/stable/es/kdeedu/kstars/ai-blackbody.html
Funte: http://docs.kde.org/stable/es/kdeedu/kstars/ai-blackbody.html
No hay comentarios:
Publicar un comentario