Radiación del cuerpo negro - Ley de Stefan Boltzmann

FUNDAMENTO TEÓRICO:

La práctica que nos ocupa tiene como objetivo el conocimiento y comprensión de los fenómenos de radiación térmica a través de distintos tipos de materiales, y más específicamente a través del cuerpo negro.
Se denomina radiación térmica o radiación calorífica a la emitida por un cuerpo debido a su temperatura. Todos los cuerpos de la naturaleza con temperatura superior a0 K emiten radiación electromagnética, siendo su intensidad dependiente de la temperatura y de la longitud de onda considerada.
La radiación infrarroja de un radiador hogareño común o de un calefactor eléctrico es un ejemplo de radiación térmica, al igual que la luz emitida por una lámpara incandescente. La radiación térmica se produce cuando el calor del movimiento de partículas cargadas dentrode los átomos se convierte en radiación electromagnética.
Haciendo referencia a la transferencia de calor, la radiación relevante es la que comprende el rango de longitudes de onda de 0,1 µm a 100 µm, abarcando por tanto parte de la región ultravioleta, región visible y la infrarroja del espectro electromagnético. En otros rangos de longitudes de onda, como por ejemplo las ondas de radio ora-yos X, los efectos de la radiación no son únicamente caloríficos.

La potencia de radiación de un cuerpo depende de su temperatura y de las características de su superficie, alcanzando únicamente valores apreciables sólo para los denominados objetos “calientes”.
La transmisión de calor se puede realizar por tres mecanismos diferentes: conducción, convección y radiación. En nuestro ensayo va aaparecer primordialmente el efecto de radiación térmica, aunque no debemos olvidar que los fenómenos de conducción aparecen en la mayoría de los casos de la vida cotidiana. Para estudiar el fenómeno de la radiación vamos a definir y explicar la radiación del cuerpo negro, objeto de nuestra práctica.

Cuerpo negro
Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda laenergía radiante que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite luz y constituye un modelo ideal físico para el estudio de la emisión de radiación electromagnética. El nombre Cuerpo negro fue introducido por Gustav Kirchhoff en 1862. La luz emitida por un cuerpo negro se denomina radiación de cuerpo negro.Todo cuerpo emite energía en forma de ondas electromagnéticas, siendo esta radiación, que se emite incluso en el vacío, tanto más intensa cuando más elevada es la temperatura del emisor. La energía radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz visible (es decir, de menor frecuencia). Al elevar la temperatura no sóloaumenta la energía emitida sino que lo hace a longitudes de onda más cortas; a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se calienta. Los cuerpos no emiten con igual intensidad a todas las frecuencias o longitudes de onda, sino que siguen la ley de Planck.

A igualdad de temperatura, la energía emitida depende también de la naturaleza de la superficie; así, una superficie mate o negratiene un poder emisor mayor que una superficie brillante. Así, la energía emitida por un filamento de carbón incandescente es mayor que la de un filamento de platino a la misma temperatura. La ley de Kirchhoff establece que un cuerpo que es buen emisor de energía es también buen succionador de dicha energía. Así, los cuerpos de color negro son buenos `absorbedores` y el cuerpo negro es un cuerpoideal, no existente en la naturaleza, que absorbe toda la energía.















Gráfico representativo de la radiación del cuerpo negro para diferentes temperaturas

Todas estas definiciones son válidas para cuerpos negros ideales; sin embargo lo que realmente vamos a encontrarnos van a ser cuerpos negros reales.
Los objetos reales nunca se comportan como cuerpos negros...