CUERPOS NEGROS RADIACIÓN DE UN CUERPO NEGRO

Radiación de un cuerpo negroEn una cavidad cerrada cuyas paredes poseen cierta temperatura, los átomos del material emiten radiaciones electromagnéticas de diferentes frecuencias, efectuando un pequeño agujero en la cavidad, parte de la radiación escapa y puede ser analizada. La radiación electromagnética se presenta en la totalidad del volumen, cuando alcanza el equilibrio, la energía emitida por los átomos es igual a la que absorben y la densidad de energía es constante.

Experimentalmente se ha demostrado que en equilibrio la distribución de la energía de las ondas electromagnéticas es característica, a cada frecuencia le corresponde una densidad de energía que depende únicamente de la temperatura. A medida que la temperatura del cuerpo radiante se hace mas alta, aumenta la frecuencia a la que se emite la mayor parte de la onda y por lo tanto aumenta la densidad de energía promedio.

E = KT Un Cuerpo Negro No permite la radiación de Energía

Algunos aspectos sobre la radiación de un cuerpo negro

Se sabe que un cuerpo a cualquier temperatura emite radiación conocida en algunas ocasiones como radiación térmica. Las características de esta radiación dependen de la temperatura y de las propiedades del objeto. Un estudio cuidadoso de la radiación térmica muestra estar formada por una distribución de longitudes de onda continua que van desde el infrarrojo, pasando por el visible, al ultravioleta del espectro.

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Desde el punto de vista clásico, la radiación térmica se origina cuando las partículas cercanas a la superficie del objeto son aceleradas; estas cargas emiten radiación de la misma manera que una antena pequeña. Las cargas agitadas térmicamente pueden tener una distribución de aceleraciones, lo que permite que el objeto emita radiación en un espectro continuo. A finales del siglo XIX, parecía que la teoría clásica de la radiación térmica no era apropiada. El problema básico era entender la distribución de longitudes de onda observadas en la radiación emitida por un cuerpo negro. Por definición, un cuerpo negro es un sistema ideal que absorbe toda la radiación que incide sobre él.

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El intento de explicar la distribución espectral de la radiación térmica de un cuerpo negro, condujo a formular la primera teoría del " cuanto ". Se denomina cuerpo negro el que absorbe todas las radiaciones incidentes y no refleja ninguna de ellas. Pese a no reflejar la radiación incidente, el cuerpo negro irradia cierta energía a distintas longitudes de onda.

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La naturaleza de la radiación emitida por un cuerpo negro a través de un pequeño agujero sólo depende de las temperaturas de las paredes de la cavidad.

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Consideremos una cavidad cuyas paredes están a cierta temperatura. Los átomos que componen las paredes están emitiendo radiación electromagnética y al mismo tiempo absorben la radiación emitida por otros átomos de las paredes. El campo de radiación electromagnética ocupa toda la cavidad. Cuando la radiación encerrada dentro de la cavidad alcanza el equilibrio con los átomos de las paredes la cantidad de energía que emiten los átomos en la unidad de tiempo es igual a la que absorben. En consecuencia, cuando la radiación dentro de la cavidad está en equilibrio con las paredes, la densidad de energía del campo electromagnético es constante.

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Los resultados experimentales han mostrado que en el equilibrio, la radiación electromagnética encerrada tiene una energía bien definida; es decir, a cada frecuencia corresponde una densidad de energía que depende solamente de la temperatura de las paredes y es independiente de su material.

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Ley de Planck

Intervienen en esta relación la constante de Planck h=6.626 10 -34 J s , la constante de Boltzmann - 23 - 1 kB=1.381 10 J K y c la velocidad de la luz en el vacío. Estas magnitudes físicas indican que la ley de Planck se encuentra entre la física cuántica, estadística y relativista. En el sistema internacional de unidades, B se expresa en -3 - 1 Wm sr o en una unidad derivada, Wm-2 mm -1 sr-1 , B es un brillo espectral, es decir una potencia radiada por unidad de ángulo solido, de superficie y espectral.

La ley de desplazamiento de Wien

Temperatura y color

La relación entre temperatura y longitud de onda del máximo de emisión, permite definir una relación entre la temperatura y el color, a través de la correspondencia entre la longitud de onda y el color. Se dispone así de un termómetro : una estrella azul estará más caliente que una estrella roja.

El color de las estrellas

El color aparente de una estrella no corresponde exactamente a la temperatura de su máximo de emisión. El color percibido por el detector integra una gran parte de la energía radiada, no sólo la del máximo de emisión. La percepción de los colores depende de la detección : ‘!tras un filtro rosa, se ve la vida de color de rosa! Los colores restituidos por una imagen en color, obtenida por la composición de tres imágenes en tres filtros diferentes, son en general más vivos (por razones estéticas) que los colores vistos con el ojo. Se puede, no obstante, sacar algunas impresiones generales :Una estrella de temperatura efectiva 10000K, que radia esencialmente en el UV cercano, parece blanca a simple vista. Esta impresión resulta de la sobre posición de todos los colores del espectro.Una estrella tiene que estar muy fría para parecer rojiza. Una estrella fría parece más bien naranja.Del mismo modo, una estrella tiene que ser muy caliente para parecer azulada.Una estrella aparece en raros casos con un color tirando a verde, o únicamente por contraste con un objeto vecino muy rojo (o cuando la radiación no es de tipo cuerpo negro sino monocromática proveniente de una línea de emisión como la del oxigeno, debido a un proceso de excitación que no tiene nada que