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Introducción
Para comenzar este ensayo se explicara lo que es un cuerpo negro y su reacción frente a distintos tipos de radiación a la que es expuesto, también se hablara sobre los primeros estudios de este objeto y las leyes que crearon sobre la radiación de este y las diferentes aplicación que puede tener el objeto en el estudio e investigación en el área de la astronomía y en el uso de este objeto en la vida cotidiana.
Todo con el objetivo de intentar profundizar mas en el tema y comprender los distintos postulados y leyes de varios científicos que investigaron este fenómeno debido a que es un tema un poco confuso porque no es algo que encontremos en la naturaleza.
Radiación del cuerpo negro
La primera persona que introdujo este concepto de “Cuerpo negro” fue Gustav Kirchhoff en 1862 el cual era un físico Alemán que se dedicaba al área de la Física y la Espectroscopia.
Un cuerpo negro se le define como un objeto ideal o teorico el cual absorbe toda la luz es decir que es capaz de abosorver toda la energia incidente desde el exterior y emite toda la energia incidente del interior en pocas palabra un cuerpo negro “perfecto” es aquel que abosorbe toda la luz incidente y no refleja nada. A temperatura ambiente, un objeto de este tipo debería ser perfectamente negro (Por ello el nombre cuerpo negro.). Sin embargo, si se calienta a una temperatura alta, un cuerpo negro comenzará a brillar produciendo radiación térmica.
Se podria decir que en la naturaleza no existe un cuerpo negro ideal. Aunque no es difícil intentar construir uno que se asemeje a este. Se puede construir una caja con algún material que sea conductor térmico, como los es el metal. La caja debe estar completamente sellada por todas sus caras, de modo que el interior no reciba luz del exterior. Luego se hace un pequeño agujero en algún punto de la caja y la luz que salga de ese agujero tendrá un parecido casi exacto a la luz de un cuerpo negro ideal, a la temperatura del aire del interior de la caja.
Esto se debe a que toda la luz que entre por el orificio de la caja será reflejada muchas veces dentro de esta asiendo que practica mente la energía que salga reflejada fuera de ella sea casi nula o inexistente.
El problema de la radiación del cuerpo negro
Muchos físicos como el austriaco Wien, los ingleses Rayleigh y Jeans, y el alemán Planck trataron de explicar en “términos de la emisión por parte de la cargas atómicas esta distribución o espectro del cuerpo negro.”
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.
2. Cada oscilador puede absorber o emitir energía de la radiación en una cantidad proporcional a v(hv).
Otro problema era que la luz emitida por un cuerpo negro escapaba a la explicación de la física clásica. Entonces Kirchoff fue capas de demostrar que su espectro depende solo de la temperatura.
• Leyes empíricas:
– Ley del desplazamiento de Wien – Ley de Stefan-Boltzmann
• Leyes teóricas: – Ley de Wien – Ley de Planck
Ley del desplazamiento de Wien:
La longitud de onda del máximo y la temperatura están relacionadas de forma que:
La ley de Stefan-Boltzmann
• La potencia por unidad de area que emite un cuerpo negro
depende de la temperatura con la ley:
• Donde Te es la temperatura efectiva o sea la temperatura
absoluta de la superficie y sigma es la constante de Stefan Boltzmann: .
La Ley de Wein
En 1896, usando su ley del desplazamiento y la ley de Stefan-Boltzmann, Wien propone la siguiente ley:
E(λ )= (c1 / λ5) / exp(c2/λT)
Wien (en 1893)
A partir de argumentos termodinámicos prueba que la distribución espectral debe ser de la forma:
) ( 1 ) , ( T 5 f λ T λ λ ρ =
Para resolver el problema, Max Planck propuso en 1900 que :
• La energía de un oscilador de frecuencia f sólo puede tener
valores discretos:
e = n e0
Siendo n un entero y e0 finito (cuanto de energía)
Aplicaciones del cuerpo negro en la ciencia y en la vida cotidiana. En astronomía, las estrellas se estudian en muchas ocasiones como cuerpo negros, aunque esta es una aproximación muy mala para lo que es el estudio de sus fotosferas. La radiación cósmica de fondo de microondas provenientes del Bing-Bang se comporta como un cuerpo negro casi perfecto o ideal. La radiación de Hawking es la radiación del cuerpo negro emitida por agujeros negros.
El uso de cuerpos negros en la vida cotidiana un claro ejemplo puede ser el color de las locomotoras que por lo general todas son negras, esto se debe porque pueden deshacerse de la energia mas rapido otro ejemplo de esto puede ser los termos que utilizamos para mantener la temperatura de los líquidos como el café. Un termo tiene dobles paredes de vidrio, habiendo un vaciado de aire en el espacio entre las paredes para evitar las pérdidas por conducción y convección.
Conclusión
En la naturaleza no existe un cuerpo negro, incluso el negro de humo refleja el 1% de la energía incidente, de acuerdo a lo visto 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.
Cuando la radiación dentro de la cavidad está en equilibrio con las paredes, la densidad de energía del campo electromagnético es constante.
Bibliografía http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/radiacion/radiacion.h tm http://astroverada.com/_/Main/T_blackbody.html http://docs.kde.org/stable/es/kdeedu/kstars/ai-blackbody.html http://es.wikipedia.org/wiki/Cuerpo_negro http://es.wikipedia.org/wiki/Gustav_Kirchhoff http://www.mitecnologico.com/Main/RadiacionDelCuerpoNegroYTeoria DePlanck http://www.educared.org/wikiEducared/Radiaci %C3%B3n_del_Cuerpo_Negro._Hip%C3%B3tesis_de_Planck.html
