Cristian Camilo Roncancio Alfaro Fundamentos de Física Moderna Radiación de cuerpo negro Universidad Nacional de Colombia.

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1 Cristian Camilo Roncancio Alfaro Fundamentos de Física Moderna Radiación de cuerpo negro Universidad Nacional de Colombia

2 RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO Un cuerpo negro se define como un emisor y absorbedor perfecto de la radiación. A una temperatura y una longitud de onda específica, ninguna superficie puede emitir más energía que un cuerpo negro. Un cuerpo negro absorbe toda la radiación incidente, sin importar la longitud de onda ni la radiación. Asimismo, emite energía de radiación de manera uniforme en todas direcciones, por unidad de área normal a la dirección de emisión. Es decir, un cuerpo negro es un emisor difuso, lo que significa que es “independiente de la dirección”.

3 LEY DE STEFAN BOLTZMANN La energía radiada por un radiador de cuerpo negro por segundo, por unidad de superficie, es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta y está dada por: Pero si los objetos calientes son distintos de los radiadores ideales tenemos que la ley es: Esta ley se consigue al integrar la distribución de Planck a lo largo de todas las longitudes de onda: Josef StefanLudwig Boltzmann

4 LEY DE DESPLAZAMIENTO DE WIEN Cuando aumenta la temperatura de un radiador de cuerpo negro, aumenta la energía radiada general, y el pico de la curva de radiación se mueve hacia longitudes de ondas más cortas, esta relación se denomina ley del desplazamiento de Wien, y es útil para la determinación de la temperatura de objetos radiantes calientes. La longitud de onda de la densidad de energía máxima (pico de emisión) es inversamente proporcional a su temperatura absoluta. La longitud de onda pico es la longitud de onda en que el cuerpo emite la mayor parte de su radiación. Wilhelm Wien

5 LEY DE RALEIGH JEANS Esta ley nos dice que la forma de emitir del cuerpo negro es el producto de la frecuencia de la radiación al cuadrado por la temperatura del cuerpo. Intenta predecir de la radiación espectral de la radiación electromagnética de todas las longitudes de onda de un cuerpo negro a una temperatura dada. En términos de frecuencia, la radiación es: James Hopwood JeansJohn William Strutt, 3rd Baron Rayleigh

6 LEY DE PLANCK MODELO CUÁNTICO Cuándo un cuerpo negro se calienta a una temperatura absoluta su superficie emite un flujo de radiación térmica con una distribución espectral definida, que se determina mediante: La ley de Planck describe la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro en equilibrio térmico a una determinada temperatura. La ley lleva el nombre de Max Planck, quien propuso originalmente en 1900. Es el resultado pionero de la física moderna y la teoría cuántica Max Planck

7 CATÁSTROFE UV Formula de radiación de Planck Radiación Ley de Rayleigh Jeans Catástrofe ultravioleta Longitud de onda de radiación en nm 1000 2000 3000 La catástrofe ultravioleta, también llamada la catástrofe de Rayleigh-Jeans, fue la predicción de finales de los años 19 del siglo / principios del siglo 20 la física clásica que un ideal de cuerpo negro en equilibrio térmico emite radiación en todos los rangos de frecuencia, que emite más energía al aumentar la frecuencia. Al calcular la cantidad total de energía radiada, (es decir, la suma de las emisiones en todos los rangos de frecuencia), muestra que es infinita, lo que contradice los principios de conservación de la energía. La frase se refiere al hecho de que la ley de Rayleigh-Jeans predice con precisión los resultados experimentales en las frecuencias de radiación por debajo de 10 5 GHz, pero comienza a divergir con observaciones empíricas como estas frecuencias alcanzan el ultravioleta región del espectro electromagnético 800K

8 FISIÓN NUCLEAR En la física nuclear la fisión nuclear es un proceso en el que el núcleo de un elemento químico pesado (por ejemplo, de uranio-235 o plutonio -239) se descompone en fragmentos más pequeños, o en los núcleos de los átomos con número atómico más bajas, con la emisión de una gran cantidad de energía y la radiactividad. La fisión se puede producir de forma espontánea en la naturaleza ( fisión espontánea ) o ser inducida artificialmente por bombardeo adecuado de neutrones

9 En la física nuclear la fusión nuclear es el proceso de reacción nuclear a través del cual los núcleos de dos o más átomos son abordados o comprimidos en un grado tal como para prevalecer interacción fuerte en la repulsión electromagnética, la unión entre ellos y la generación de un núcleo menos masiva la suma de las masas de los núcleos reactivos, así como, en ocasiones, uno o más neutrones libres, la fusión de elementos hasta números atómicos 26 y 28 ( hierro y níquel ) es exoenergética, que emite más energía que la que requiere el proceso de compresión, así es endoenergética, que absorbe la energía (para la constitución de los núcleos atómicos más pesados). FUSIÓN NUCLEAR

10 RESOLUCIÓN DE PROBLEMA Cuanto es la masa consumida por el sol en un segundo a causa de la radiación?

11 Referencias Transferencia de calor y masa - Fundamentos y aplicaciones - Yunus A Cengel, Afshin J. Ghajar en.Wikipedia.org