El cuerpo negro
 | |
|
 |
| Sin
embargo, un cuerpo negro se puede sustituir con gran aproximación por una
cavidad con una pequeña abertura. La energía radiante incidente a través de la
abertura, es absorbida por las paredes en múltiples reflexiones y solamente una
mínima proporción escapa (se refleja) a través de la abertura. Podemos por
tanto decir, que toda la energía incidente es absorbida
Propiedades de la superficie de un
cuerpo
Sobre la superficie de un cuerpo incide constantemente energía radiante,
tanto desde el interior como desde el exterior, la que incide desde el exterior
procede de los objetos que rodean al cuerpo. Cuando la energía radiante incide
sobre la superficie una parte se refleja y la otra parte se transmite.
|
 |
Consideremos
la energía radiante que incide desde el exterior sobre la superficie del
cuerpo. Si la superficie es lisa y pulimentada, como la de un espejo, la mayor
parte de la energía incidente se refleja, el resto atraviesa la superficie del
cuerpo y es absorbido por sus átomos o moléculas.
Si r es la proporción de
energía radiante que se refleja, y a la proporción que se
absorbe, se debe de cumplir que r+a=1. |
 |
La misma
proporción r de la energía radiante que incide desde el
interior se refleja hacia dentro, y se transmite la proporción a=1-r que
se propaga hacia afuera y se denomina por tanto, energía radiante emitida por
la superficie.
En la
figura, se muestra el comportamiento de la superficie de un cuerpo que refleja
una pequeña parte de la energía incidente. Las anchuras de las distintas bandas
corresponden a cantidades relativas de energía radiante incidente, reflejada y
transmitida a través de la superficie.
Comparando ambas figuras, vemos que un buen absorbedor de radiación es
un buen emisor, y un mal absorbedor es un mal emisor. También podemos decir,
que un buen reflector es un mal emisor, y un mal reflector es un buen emisor.
Una aplicación práctica está en los termos utilizados para mantener la
temperatura de los líquidos como el café. Un termo tiene dobles paredes de
vidrio, habiéndose vaciado de aire el espacio entre dichas paredes para evitar
las pérdidas por conducción y convección. Para reducir las pérdidas por
radiación, se cubren las paredes con una lámina de plata que es altamente
reflectante y por tanto, mal emisor y mal absorbedor de radiación.
El término radiación se refiere a la emisión continua de energía desde
la superficie de cualquier cuerpo, esta energía se denomina radiante y es
transportada por las ondas electromagnéticas que viajan en el vacío a la
velocidad de 3·108 m/s . Las ondas de radio, las
radiaciones infrarrojas, la luz visible, la luz ultravioleta, los rayos X y los
rayos gamma, constituyen las distintas regiones del espectro electromagnético.
La radiación del
cuerpo negro
Consideremos una cavidad cuyas paredes están a una 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. 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, la
densidad de energía del campo electromagnético existente en la cavidad es
constante.
A cada frecuencia corresponde una
densidad de energía que depende solamente de la temperatura de las paredes y es
independiente del material del que están hechas.
|
 |
| Si
se abre un pequeño agujero en el recipiente, parte de la radiación se escapa y
se puede analizar. El agujero se ve muy brillante cuando el cuerpo está a alta
temperatura, y se ve completamente negro a bajas temperaturas.
Históricamente, el nacimiento de la Mecánica Cuántica, se sitúa en el
momento en el que Max Panck explica el mecanismo que hace que los átomos
radiantes produzcan la distribución de energía observada. Max Planck sugirió en
1900 que
1. La radiación dentro
de la cavidad está en equilibrio con los átomos de las paredes que se comportan
como osciladores armónicos de frecuencia dada f .
2. Cada oscilador puede
absorber o emitir energía de la radiación en una cantidad proporcional a f. Cuando un oscilador absorbe o emite radiación electromagnética, su
energía aumenta o disminuye en una cantidad hf .
|
No hay comentarios:
Publicar un comentario