radiacion de cuerpo negro







La radiación de cuerpo negro.
Antecedentes.
En una reunión de la sociedad Alemana de física, el 14 de diciembre de 1900, Max Planck leyó un trabajo intitulado ´´La teoría de la ley de distribución de energías del espectro normal´´.
La fecha de presentación del trabajo de Planck fue considerado como ´´el nacimiento de la física cuántica´´
Un cuarto de siglo después Schrödinger yotros desarrollaron la mecánica cuántica moderna.

Ley de Stefan-Boltzmann
La ley de Stefan-Boltzmann establece que un cuerpo negro emite radiación térmica con una potencia emisiva superficial (W/m²) proporcional a la cuarta potencia de su temperatura:


Ley de Raleigh-jeans.
En física, la Ley de Raleigh-Jeans, primeramente propuesta por los comienzos del siglo XX, los intentos dedescribir la radiación espectral de la radiación de todas las longitud de onda de un cuerpo negro a una temperatura dada. Para la longitud de onda λ, es;

Donde c es la velocidad de la luz, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura absoluta.
En términos de frecuencia , la radiación es:
.

Radiación negra.
¿Verdad que es una combinación extraña de palabras? ´´Radiación Negra ´´ buenopodría pensarse que no hay nada menos natural. La radiación es luz: solar, lunar, de un foco, de una llama. Lo negro es la ausencia de luz: la noche, ´´que no se ve nada´´ o una penumbra. Pero dejemos las emociones aparte y juzguemos sensatamente las cosas, como deben hacerlo los científicos o los físicos.
Bueno podríamos preguntarnos ¿qué significa pintura: roja, verde, negra? Ok en un cuadro nose ve en la oscuridad, es preciso iluminarlo. Y entonces, los lugares de éste que reflejan los rayos rojos y absorben todos los demás componentes de la luz serán rojos, mientras que los azules serán azules. Pero la luz no se refleja de la pintura negra: la misma se absorbe y ´´se pierde´´. Dicha pintura suele hacerse de carbón o grafito. Por cierto déjeme recordarle a usted la historia de lacreación de la bombilla que tiene usted en su escritorio y que alumbran las páginas de un libro. Yo recuerdo una de las etapas. Edison buscó por mucho tiempo el material para su espiral y descubrió que el hilo de carbón calentado alumbra bastante bien. ¿Pero deja este de ser negro al calentarse? Pues no, él continúa absorbiendo toda la radiación que incide sobre él, pero ahora emite su propia radiación,la cual precisamente se llama radiación del cuerpo negro o, a menudo, simplemente radiación negra.
Para nosotros los físicos, un cuerpo negro es aquel que absorbe toda la radiación que incide sobre él. Ahora bien, el hecho de que el cuerpo negro brille o no y cómo brilla, depende de su temperatura: a 600-700°C la luz es roja; a 1000°C, amarilla; y a 1500°C, blanca. Pero recordemos que la luz noes otra cosa, si no oscilaciones electromagnéticas de longitud de onda ~0.4 hasta ~ 0.8µm. fuera de los limites de esta ´´ventana´´ el ojo no percibe la radiación. Sin embargo, ¿qué le importa a la naturaleza nuestro ojo? El cuerpo negro irradia ondas electromagnéticas independientes de si lo observamos o no, de si vemos esa radiación o no estamos en condiciones de verla. Por ejemplo acerquemosla mano a una plancha caliente, ésta todavía no emite luz, pero nosotros sentimos claramente el flujo de calor. Es la radiación térmica, o sea, aquellas mismas ondas electromagnéticas, pero su longitud de onda es tan grande que el ojo no las puede percibir. Y, estimando que las propiedades de la naturaleza no dependen del hombre, nos vemos obligados a deducir que la radiación siempre existe y quela temperatura del cuerpo determina la composición y la intensidad de dicha radiación.
Ahora que tenemos un poco entendido la radiación negra, pues solamente falta construir un cuerpo absolutamente negro fig-1: es un orificio pequeño, tras el cual se halla una cavidad cerrada, cuyas paredes reflejan los rayos igual que un espejo.


Fig. 1
Esquema de la estructura de un cuerpo...