Radiacion de Cuerpo Negro

Radiación del Cuerpo Negro. Hipótesis de Planck
Antecedentes históricos
Es bien conocida la anécdota de que a finales del siglo XIX un destacado físico de la época
William Thomson (1824-1907) conocido como Lord Kelvin, se atrevió a decir que solo dos
pequeñas “nubecillas” arrojaban sombras sobre el majestuoso panorama de conocimiento
que había construido la física clásica desde Galileo yNewton hasta ese momento: el
resultado del experimento de Michelson-Morley, el cual había fallado en detectar la
existencia del supuesto éter luminífero; y la radiación del cuerpo negro, i.e la incapacidad
de la teoría electromagnética clásica de predecir la distribución de la energía radiante
emitida a diferentes frecuencias emitidas por un radiador idealizado llamado cuerpo negro.
Lo que LordKelvin no puedo predecir es que al tratar de disipar esas dos “nubecillas”, la
física se vería irremediablemente arrastrada a una nueva física: la física moderna fundada
sobre dos revoluciones en ciernes: la revolución relativista y la revolución cuántica con un
científico protagonista en ambas: Albert Einstein.
Radiación del Cuerpo Negro
El primer atisbo del nuevo mundo cuántico se inicia enel transito de los siglos XIX y XX
con el estudio de la emisión de radiación de cuerpo calientes. Así, la primera evidencia de
la naturaleza cuántica (i.e discreta) de la radiación vino del estudio de la radiación térmica
emitida por cuerpos opacos (aquellos que no son transparentes). Cuando la radiación
lumínica incide sobre un cuerpo opaco, parte es reflejada, y el resto es absorbida. Loscuerpos que aparecen coloreados a la luz reflejan la mayoría de la radiación que incide
sobre ellos, mientras que los cuerpos oscuros absorben la mayoría de ella. La radiación
absorbida por un cuerpo incrementa la energía cinética de los átomos que constituyen el
cuerpo, los cuales oscilan sobre sus posiciones de equilibrio. Dado que la energía de
traslación promedio de los átomos determina latemperatura del cuerpo, la energía
absorbida causa que la temperatura se incremente. No obstante, los átomos contienen
cargas (electrones) y estos son acelerados por las oscilaciones. Consecuentemente como
requiere la teoría electromagnética clásica los átomos emiten radiación electromagnética, la
cual reduce la energía cinética de las oscilaciones y tiende a reducir la temperatura. Cuandola tasa de absorción iguala a la de emisión, la temperatura es constante y se dice que el
cuerpo está en equilibrio térmico con su ambiente. Un buen absorbente de radiación es
también un buen emisor, y a la inversa (Ley de Kirchhoff) esta es una de las razones por las
que las paredes de los termos se construyen espejadas.
La radiación electromagnética emitida bajo estas circunstancias esllamada radiación
térmica.Las superficie de un cuerpo material mantenido a una temperatura elevada emite
luz de todas las frecuencias o longitudes de onda. Por lo tanto la radiación térmica es la
radiación electromagnética emitida por un cuerpo en virtud de su temperatura. Dicha
radiación presenta una distribución espectral (la emisión según las distintas frecuencias o
longitudes de onda), cuyaforma concreta depende depende de la temperatura establecida. A
temperaturas ordinarias por debajo de 600ºC, la radiación térmica emitida por un cuerpo
(e.g. una barra de hierro) de la energía emitida se concentra en longitudes de onda más
largas que la de luz visible (en la zona infrarroja del espectro electromagnético), y los
cuerpos son visibles por la luz que reflejan. Cuando el cuerpo escalentado, la cantidad de

radiación térmica emitida se incrementa y la energía radiada se extiende a longitudes de
onda cada vez más cortas, a una temperatura de aproximadamente 600-700 ºC, hay
suficiente energía para ser emitida en el espectro visible por lo que el cuerpo empieza a
resplandecer y aparece como un brillo rojo oscuro a temperaturas más altas (1200ºC)
aparece como blanco...