RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO Carlos Fabian Beltran Cifuentes Fundamentos de Física Moderna Universidad Nacional de Colombia Facultad de ingeniería

QUE ES 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 3·10 8 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.

RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO  Entonces esta propiedad de los elementos de emitir la energía que absorbieron o obtuvieron previamente se puede dar en forma de radiación, la cual va en todas direcciones dando resultado a un gradiente de temperaturas cuando la energía está dada en forma de calor.

RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO  Esta radiación se dará en ondas electromagnéticas, las cuales tendrán diferentes frecuencias, para comprender esto se puede imaginar una barra de hierro la cual se está calentando, al principio cuando ya tiene cierta temperatura el color que tomará será algo rojizo, este color tiene una longitud de onda especifico, ¿pero que pasa si se calienta más? El resultado será un nuevo cambio de color a anaranjado, luego amarillento y luego a un blanco brillante, cada uno de los colores tiene una longitud de onda diferente, por lo tanto la radiación de calor se da a diferentes longitudes de onda y diferentes frecuencias.

LEY DE STEFAN-BOLTZMANN

 El problema de esta interpretación es que se predecía para un cuerpo idealmente negro o un radiador ideal, por lo tanto si vemos el comportamiento de la energía total emitida en función de la temperatura específica se obtiene la siguiente gráfica

LEY DE RAYLEIGH-JEANS  ésta predecía una producción de energía que tendía al infinito ya que la longitud de onda se hacía cada vez más pequeña. Esta idea no se soportaba por los experimentos y el error se conoció como la catástrofe ultravioleta.  Intenta describir la radiación espectral de la radiación electromagnética de todas las longitud de onda de un cuerpo negro a una temperatura dada. Para la longitud de onda λ, es;  Donde c es la velocidad de la luz, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura absoluta.

LEY DE RAYLEIGH-JEANS  Pero podemos notar que para este modelo la consistencia solamente se da a bajas temperaturas, en la imagen se ve la aproximación que hizo Rayleigh-Jeans y como es realmente la intensidad de radiación de un cuerpo.

WIEN  ley de la física que establece que hay una relación inversa entre la longitud de onda en la que se produce el pico de emisión de un cuerpo negro y su temperatura. Matemáticamente, la ley es:  Donde T es la temperatura del cuerpo negro en grados Kelvin y la operación da como resultado la longitud de onda del pico de emisión.

WIEN  Se puede notar que para esta ley la temperatura será inversa a la longitud de onda de la radiación, en la siguiente gráfica podemos ver varios valores de la longitud de onda con respecto a la densidad de energía que es proporcional a la energía.

LEY DE PLANCK  La ley de Planck describe la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro en equilibrio térmico en una temperatura definida. La ley lleva el nombre de Max Planck, quien la propuso originalmente en Se trata de un resultado pionero de la física moderna y la teoría cuántica.  Donde I es la radiación por unidad de superficie, v es la frecuencia, T es la temperatura del cuerpo negro, h es la constante de Plank, c es la velocidad de la luz, e es la base del logaritmo natural y k es la constante de Boltzmann

LEY DE PLANCK En la imagen podemos ver la curvas de emisión de cuerpos negros a diferentes temperaturas comparadas con las predicciones de la física clásica anteriores a la ley de Planck.