RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO LUIS ALFREDO GUTIÉRREZ PAYANENE -G1E12LUIS-

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1 RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO LUIS ALFREDO GUTIÉRREZ PAYANENE -G1E12LUIS-

2 Problema Cómo comprender la distribución observada de longitudes de onda de la radiación emitida por un cuerpo negro. Estudios cuidadosos muestran que la radiación consiste en una distribución de longitudes de onda continuas desde todas las partes del espectro electromagnético. Si el objeto se encuentra a temperatura ambiente, la radiación térmica tendrá longitudes de onda principalmente en la región infrarroja y, por esto, no podrá ser detectada a simple vista. Conforme aumenta la temperatura superficial del objeto, llegará un momento en que éste comenzará a resplandecer con un color rojo visible. A temperaturas suficientemente altas, el objeto resplandeciente parece blanco, como en el caso del filamento caliente de tungsteno de un foco.

3 Hipótesis Una buena aproximación a un cuerpo negro es un orificio pequeño que conduce al interior de un objeto hueco. Toda la radiación que incide en el orificio desde el exterior de la cavidad penetra en la abertura y es reflejada varias veces por las paredes internas de la cavidad, por esto, el orificio funciona como un absorbente perfecto. La naturaleza de la radiación que abandona la cavidad a través del orificio depende sólo de la temperatura de las paredes de la cavidad y no del material del que las paredes están fabricadas. Los espacios entre carbones ardientes emiten una luz que es muy similar a la radiación de un cuerpo negro. La radiación emitida por los osciladores en las paredes de la cavidad experimenta condiciones de frontera. Como la radiación se refleja desde las paredes de la cavidad, se establecen ondas electromagnéticas estacionarias dentro del espacio tridimensional en el interior de la cavidad. Existen muchos modos de onda estacionaria posibles, y la distribución de la energía dentro de la cavidad entre estos diferentes modos determina la distribución de longitudes de onda de la radiación que sale de la cavidad a través del orificio.

4 Ley de Stefan

5 Ley de Wien

6 La ley de desplazamiento de Wien coincide con el comportamiento del objeto mencionado. A temperatura ambiente, no parece resplandecer porque el pico está en la región infrarroja del espectro electromagnético. A una temperatura más elevada, resplandece con un color rojo debido a que el pico está en la cercanía infrarroja, con alguna radiación en el extremo rojo del espectro visible y a temperaturas aún mayores resplandece blanco porque el pico está en el intervalo visible, así que todos los colores son emitidos.

7 Una teoría adecuada para la radiación de cuerpo negro debe predecir la forma de las curvas de la ley de Wien, la dependencia con la temperatura expresada en la ley de Stefan y el corrimiento del pico en función de la temperatura descrito por la ley de desplazamiento de Wien. Los primeros intentos que utilizaron ideas clásicas para explicar las formas de estas curvas de la fallaron.

8 Ley de Rayleigh-Jeans

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10 Max Planck

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13 En conclusión Cuando Planck presentó su teoría, la mayoría de los científicos (¡Planck incluido!) no consideró la idea del cuanto como realista. Creyeron que se trataba de un truco matemático que casualmente daba los resultados correctos. En consecuencia, Planck y los demás continuaron buscando una explicación más “racional” de la radiación de los cuerpos negros. Sin embargo, desarrollos posteriores demostraron que una teoría según el concepto del cuanto (antes que en conceptos clásicos) tendría que ser utilizada para explicar no solamente la radiación de cuerpo negro sino también para explicar varios fenómenos más a nivel atómico. En 1905, Einstein volvió a deducir los resultados de Planck al suponer que las oscilaciones de la cavidad del campo electromagnético estaban cuantizadas. En otras palabras, propuso que la cuantización es una propiedad fundamental de la luz y de otras radiaciones electromagnéticas. Esto condujo al concepto de fotones. Un factor crítico para el éxito de la teoría cuántica o de los fotones es la relación entre la energía y la frecuencia, que fracasó completamente en predecir la teoría clásica.

14 Referencias  Extraido de http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/mod6.html  Física Universitaria Sears Zemansky Decimo segunda edición Vol 2, Hugh D. Young, 2009  Física para ciencia e ingeniería quinta edición vol 2, Raymon A Serway, 2003  Extraído de http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operaciones- basicas/contenidos1/tema9/pagina_02.htm