radiacion de cuerpo negro

1. TRABAJO PRACTICO DE FISICA
DEL UNIVERSO
TEMA: RADIACION DE UN CUERPO
NEGRO
ALUMNO: MATIAS MAURICIO DUARTE
PROFESORA: MARIA EUGENIA
HUARANCA
AÑO: 2016

2. CUERPO NEGRO
Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda
la energía radiante que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se
refleja o pasa a través del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo
negro emite luz y constituye un sistema físico idealizado para elestudio de la
emisión de radiación electromagnética. Elnombre Cuerpo negro fue
introducido por GustavKirchhoff en 1862. La luz emitida por un cuerpo negro
se denomina radiación de cuerpo negro.
Todo cuerpo emite energía en forma de ondaselectromagnéticas, siendo esta
radiación, que se emite incluso en el vacío, tanto másintensa cuando más
elevada es la temperatura delemisor. La energía radiante emitida por un
cuerpo a temperatura ambiente esescasa y corresponde a longitudesde
onda superioresa las de la luz visible, (es decir, de menor frecuencia, como las
de la luz infrarroja, o de frecuencia aún máscorta). Alelevar la temperatura
no sólo aumenta la energía emitida sino que lo hace a longitudesde onda
más cortas; a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se
calienta. Los cuerposno emiten con igual intensidad a todaslas frecuencias o
longitudesde onda, sino que siguen la ley de Planck.
A igualdad de temperatura, la energía emitida depende también de la
naturaleza de la superficie; así, una superficie mate o negra tiene un poder
emisor mayor que una superficie brillante. Así, la energía emitida por un
filamento de carbón incandescente es mayor que la de un filamento de
platino a la misma temperatura. La ley de Kirchhoff establece que un cuerpo
que es buen emisor de energía es también buen absorbente de dicha energía.
Así, los cuerposde color negro son buenosabsorbentes.
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 lasondaselectromagnéticasque viajan en el vacío a la
velocidad de 3·108
m/s. Las ondasde radio, las radiacionesinfrarrojas, la luz

3. visible, la luz ultravioleta, los rayosX y los rayosgamma, constituyen las
distintas regionesdelespectro electromagnético.
Propiedadesde la superficiede 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 objetosque rodean alcuerpo. Cuando la energía radiante
incide sobre la superficie una parte se refleja y la otra parte se transmite.
Consideremosla energía
radiante que incide desde el
exterior sobre la superficie del
cuerpo. Sila 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 ala proporción que
se absorbe, se debe de
cumplir que r+a=1.

4. La misma proporción r de la
energía radiante que incide
desde el interior se refleja
hacia dentro, y se transmite la
proporción a=1-rque se
propaga hacia afueray 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
anchurasde las distintas
bandascorresponden a
cantidadesrelativas de
energía radiante incidente,
reflejada y transmitida a
través de la superficie.
Comparandoambasfiguras, vemosque un buen absorbedorde radiación es
un buen emisor, y un mal absorbedor esun mal emisor. También podemos
decir, que un buen reflector esun mal emisor, y un mal reflector es un buen
emisor.
Una aplicación práctica está en los termosutilizados para mantener la
temperatura de los líquidoscomo el café. Un termo tiene doblesparedesde
vidrio, habiéndose vaciado de aire el espacio entre dichasparedespara evitar
las pérdidaspor conducción y convección. Para reducirlaspérdidaspor

5. radiación, se cubren las paredescon 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 lasondaselectromagnéticasque viajan en el vacío a la
velocidad de 3·108
m/s. Las ondasde radio, las radiacionesinfrarrojas, la luz
visible, la luz ultravioleta, los rayosX y los rayosgamma, constituyen las
distintas regionesdelespectro electromagnético.
Propiedadesde la superficiede 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 objetosque rodean alcuerpo. Cuando la energía radiante
incide sobre la superficie una parte se refleja y la otra parte se transmite.
Consideremosla energía
radiante que incide desde el
exterior sobre la superficie
del cuerpo. Sila 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 susátomoso
moléculas.
Si r es la proporción de
energía radiante que se
refleja, y ala proporción que

6. se absorbe, se debe de
cumplir quer+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-rque se
propaga hacia afueray 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
anchurasde las distintas
bandascorresponden a
cantidadesrelativas de
energía radiante incidente,
reflejada y transmitida a
través de la superficie.
Comparandoambasfiguras, vemosque un buen absorbedorde radiación es
un buen emisor, y un mal absorbedor esun mal emisor. También podemos
decir, que un buen reflector esun mal emisor, y un mal reflector es un buen
emisor.
Una aplicación práctica está en los termosutilizados para mantener la
temperatura de los líquidoscomo el café. Un termo tiene doblesparedesde

7. vidrio, habiéndose vaciado de aire el espacio entre dichasparedes para evitar
las pérdidaspor conducción y convección. Para reducirlaspérdidaspor
radiación, se cubren las paredescon una lámina de plata que es altamente
reflectante y por tanto, mal emisor y mal absorbedor de radiación.
El cuerpo negro
La superficie de un cuerpo negro
es un caso límite, en el que toda la
energía incidente desde el exterior
es absorbida, y toda la energía
incidente desde el interior es
emitida.
No existe en la naturaleza un cuerpo negro, incluso elnegro de humo refleja
el 1% de la energía incidente.
Sin embargo, un cuerponegro se puede sustituir
con gran aproximación por una cavidad con una
pequeña abertura. La energía radiante incidente
a través de la abertura, esabsorbida por las
paredesen múltiples reflexionesy solamente
una mínima proporción escapa (se refleja) a
través de la abertura. Podemospor tanto decir,
que toda la energía incidente es absorbida.

8. La radiación del cuerpo negro
Consideremosuna cavidad cuyasparedesestán a una cierta temperatura. Los
átomosque componen lasparedesestán emitiendo radiación
electromagnética y almismo tiempo absorben la radiación emitida por otros
átomosde las paredes. Cuando la radiación encerrada dentrode la cavidad
alcanza elequilibrio con los átomosde las paredes, la cantidad de energía
que emiten los átomosen 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 correspondeuna densidad de energía que depende
solamente de la temperatura de las paredes y es independientedel 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
bajastemperaturas.
Históricamente, el nacimiento de la Mecánica Cuántica, se sitúa en el
momento en el que Max Panck explica el mecanismo que hace que los
átomosradiantesproduzcanla distribución de energía observada. Max
Planck sugirió en 1900 que
1. La radiación dentro de la cavidad está en equilibrio con los átomosde
las paredesque se comportan como osciladoresarmónicosde
frecuencia dada f .
2. Cada oscilador puede absorber o emitir energía de la radiación en una
cantidad proporcionala f. Cuando un oscilador absorbe o emite
radiación electromagnética,su energía aumenta o disminuye en una
cantidad hf .

9. La segunda hipótesisde Planck, establece que la energía de los osciladores
está cuantizada. La energía de un oscilador de frecuencia f sólo puede
tener ciertos valores que son 0, hf , 2hf ,3hf ....nhf .
La distribución espectralde radiación es continua y tiene un máximo
dependiente de la temperatura. La distribución espectralse puede expresar
en términosde la longitud de onda o de la frecuencia de la radiación.
dEf /df es la densidad de energía por unidad de frecuencia para la
frecuencia f de la radiación contenida en una cavidad a la temperatura
absoluta T. Su unidad es (J·m-3
)·s.
donde k es la constante de Boltzmann cuyo valor es k=1.3805·10-23
J/K.
dEl /dl es la densidad de energía por unidad de longitud de onda para la
longitud de onda l de la radiación contenida en una cavidad a la temperatura
absoluta T. Su unidad es (J·m-3
)·m-1
.