Fisica Iii

Radiación de Cuerpo Negro
La superficie de un objeto, a cualquier temperatura, emite radiación térmica. Las características de esta radicación dependen de la temperatura y de las propiedades de la superficie. La radiación térmica que se emite está constituida por una distribución de longitudes de ondas continuas que provienen de todos los puntos del espectro electromagnético. Si el objeto seencuentra a temperatura ambiente, la radiación térmica tendrá longitudes de onda principalmente en la región infrarroja y, por tanto, no podrá ser detectada a simple vista. Conforme aumenta la temperatura superficial del objeto, llegará un momento en que este comenzará a resplandecer con un color rojo visible. A temperaturas suficientemente altas el objeto resplandeciente se ve de color blanco, comoocurre en el caso del filamento de tungsteno de una bombilla encendida.
La radiación térmica tiene su origen en las partículas cargadas y aceleradas de los átomos que están cerca de la superficie del objeto; estas partículas cargadas emiten radiación de forma muy similar a la radiación que expulsan pequeñas antenas. Las partículas en aceleración, agitadas térmicamente, pueden tener unadistribución de energía que explica el espectro de radiación continuo emitido por el objeto. Sin embrago, hacia finales del siglo XIX, fue evidente que la teoría clásica de la radiación térmica era inadecuada. El problema básico era poder comprender la distribución observada en las longitudes d onda de la radiación emitida por un cuerpo negro. Un cuerpo negro es un sistema ideal, que absorbe toda radiaciónincidente. La radiación electromagnética emitida por un cuerpo oscuro se conoce como radiación de cuerpo negro.
Una buena aproximación de un cuerpo negro es un orificio pequeño que conduce al interior de un objeto hueco. Toda la radiación que incide sobre el orificio desde el exterior de la cavidad penetra en la apertura y es absorbida o reflejada varias veces por las paredes internas; portanto, el orificio funciona como un absorbente perfecto. La naturaleza de la radiación que abandona la cavidad a través del orificio depende de la temperatura de las paredes internas y no del material del que están fabricadas. Los espacios entre carbones ardientes emiten una luz que es muy similar a la radiación de un cuerpo negro.
La radiación emitida por los osciladores en las paredes de la cavidadexperimenta condiciones de frontera: se refleja de las paredes de la misma. En consecuencia, dentro del espacio tridimensional en el interior de la cavidad se establecen ondas electromagnéticas estacionarias. Existen muchos modos de onda estacionarias posibles, y la distribución de la energía dentro de la cavidad entre estos diferentes modos determina la distribución de longitudes de onda de laradiación que sale de la cavidad a través del orificio.
La distribución de las longitudes de onda de la radiación proveniente de cavidades fue estudiada extensivamente a finales de siglo XIX, los dos descubrimientos experimentales siguientes se consideraron como especialmente significativos:
1. La potencia total de la radiación emitida aumenta con la temperatura.
Ley de Stefan,
P=σAeT4
dondeP es la potencia en watts radiada por la superficie de un objeto, σ es la constante Stefan-Boltzmann, igual a 5.670 x 10-8W/m2.K4, A es el área de la superficie del objeto en metros cuadrados, e es la emisividad de la superficie y T es la temperatura de la superficie en grados kelvin. En el caso de un cuerpo negro, el valor de emisividad es exactamente e=1 cuando se trata de un cuerpo negro,podemos expresar la ley de Stefan de la forma I=σT4 sobre la superficie del objeto.
2. El pico de la distribución de la longitud de onda se desplaza hacia longitudes de onda más cortas conforme aumenta la temperatura.
Se encontró que este comportamiento se puede describir mediante la relación siguiente, conocida como la ley de desplazamiento de Wien:
λmáx T=2.898 X 10-3m .K
en donde λmáx es...