Radiación de Cuerpo Negro - Física en Línea

Graphs of brightness vs. wavelength of three objects of different temperature. A blackbody curve is a type of continuous spectrum that is directly related to the temperature of an object. A star with a temperature of 8,000 kelvins (roughly 8,000 degrees Celsius or 14,000 degrees Fahrenheit) is brighter and looks bluer than a star that is 3,000 K (2,700°C or 5,000°F ), which is dimmer and redder. A blackbody spectrum can be used to calculate the temperature of an object. (Although stars are not perfect blackbodies, the blackbody curve describes the shape of a star’s overall spectrum quite well.) Illustration by NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Andi James (STScI) en https://webbtelescope.org/contents/media/images/01F8GF8WYBCQVKTGPX3MA58182

Objetivos:

Terminada la lección podrás:

Explicar los conceptos fundamentales de la raciación de cuerpo negro.

Elba M Sepulveda

Introducción

La radiación de cuerpo negro es un concepto fundamental en la física, especialmente en la termodinámica y la física cuántica. Para entenderlo, primero debemos definir qué es un “cuerpo negro”:

¿Qué es un cuerpo negro?

Un cuerpo negro es un objeto idealizado que absorbe toda la radiación electromagnética que incide sobre él, independientemente de la frecuencia o el ángulo de incidencia.
También es un emisor perfecto de radiación térmica. Cuando se calienta, emite radiación electromagnética en todas las longitudes de onda.
En la realidad, ningún objeto es un cuerpo negro perfecto, pero muchos objetos se aproximan a este comportamiento.

A medida que la temperatura disminuye, el pico de la curva de radiación del cuerpo negro se mueve a intensidades más bajas y longitudes de onda más largas. El gráfico de radiación del cuerpo negro también se compara con el modelo clásico de Rayleigh y Jeans. Por Darth Kule – Trabajo propio, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10555337

¿Qué es la radiación de cuerpo negro?

La radiación de cuerpo negro es la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro en equilibrio térmico.
La intensidad y la distribución espectral de esta radiación dependen únicamente de la temperatura del cuerpo negro.
A medida que aumenta la temperatura, la intensidad total de la radiación emitida aumenta y el pico de la distribución espectral se desplaza hacia longitudes de onda más cortas (frecuencias más altas).

Características clave de la radiación de cuerpo negro:

Espectro continuo: La radiación de cuerpo negro abarca un espectro continuo de longitudes de onda, desde el infrarrojo hasta el ultravioleta.
Dependencia de la temperatura: La intensidad y la distribución espectral de la radiación dependen únicamente de la temperatura del cuerpo negro.
Ley de Planck: La ley de Planck describe la distribución espectral de la radiación de cuerpo negro a diferentes temperaturas.
Ley de Stefan-Boltzmann: La ley de Stefan-Boltzmann establece que la intensidad total de la radiación emitida por un cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.
La Ley de desplazamiento de Wien: La ley de desplazamiento de Wien establece que la longitud de onda en la que se produce el pico de la distribución espectral es inversamente proporcional a la temperatura del cuerpo negro.

El color (cromaticidad) de la radiación del cuerpo negro depende de la temperatura del cuerpo negro; el locus de tales colores, que se muestra aquí en CIE 1931 x, y espacio, se conoce como el locus planckiano. Por en:User:PAR – en: User:PAR, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=107655

Importancia de la radiación de cuerpo negro:

La radiación de cuerpo negro fue fundamental para el desarrollo de la física cuántica.
El estudio de la radiación de cuerpo negro llevó a Max Planck a proponer la hipótesis de que la energía se emite y absorbe en paquetes discretos llamados cuantos.
La radiación de cuerpo negro tiene aplicaciones en diversos campos, como la astronomía, la termografía y la ingeniería.

Resumen

En resumen, la radiación de cuerpo negro es un concepto esencial en la física que describe la radiación electromagnética emitida por un objeto idealizado en equilibrio térmico. Su estudio ha sido fundamental para el desarrollo de la física cuántica y tiene aplicaciones importantes en diversas áreas de la ciencia y la tecnología.