RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO Max Planck determinó las leyes

RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO
Max Planck determinó las leyes que gobiernan la absorción y emisión de luz por los cuerpos
materiales. La física del siglo XlX no podía explicar los mecanismos de la emisión de la radiación
térmica de los cuerpos calientes.
Primero se considera los que se conocía como el problema de la cavidad. Se considera una cavidad
al vacío, sin gas de ningún tipo, dentro de un cuerpo sólido, con una pequeña perforación que la
comunica con el exterior. El tamaño de este agujero es lo suficientemente grande como para
permitir la salida de radiación, pero lo suficientemente pequeño como para no perturbar el
equilibrio interno de la cavidad. Las paredes calientes de la cavidad emiten y absorben energía de
forma constante, hasta que se obtiene un equilibrio termodinámico. De esta manera, la energía
radiante dentro de la cavidad es sólo función de la temperatura de las paredes internas. Así, la
cavidad emite luz a través de su perforación, con un espectro característico que depende
solamente de la temperatura de la cavidad. Este tipo de cavidad recibe el nombre de cuerpo
negro, porque al igual que un cuerpo perfectamente negro absorbe toda la energía que penetra a
él, sin reflejar nada.
Planck propuso explicar las características de la radiación de un cuerpo negro, al igual que otras
leyes experimentales relacionadas con esta radiación, entre las que se encontraban las siguientes:
a) La ley de Kirchhoff afirma que las características espectrales de la absorción de radiación
de cualquier cuerpo material cuando está frío son iguales a las características espectrales
de la emisión cuando está caliente, relativamente a las correspondientes del cuerpo
negro.
b) La ley de Stefan Boltzmann afirma que la energía total emitida por unidad de área por un
cuerpo negro es directamente proporcional a la cuarta potencia de la temperatura.
c) La ley del desplazamiento de Wien afirma que la potencia emisiva o imitancia 𝐼(𝜆, 𝑇) de
un cuerpo negro es una función de la forma:
𝐼(𝜆, 𝑇) = 𝑇 5 𝑓(𝜆, 𝑇)
lo cual lleva a la conclusión de que el máximo valor de la imitancia ocurre para un valor
determinado de λT. Esta ley está confirmada por consideraciones termodinámicas y por
mediciones experimentales.
Existen varia leyes que describen la radiación de un cuerpo negro, pero todas ellas se pueden
considerar casos particulares de la ley de Planck
𝐼(𝜈) =
2𝜋ℎ𝜈 3
1
2
𝑐ℎ/𝑘𝑇
𝑐
𝑒
−1
𝐼(𝜆) =
2𝜋ℎ𝑐 2
1
5
𝑐ℎ/𝜆𝑘𝑇
𝜆 𝑒
−1
Estas dos últimas ecuaciones representan la ley de radiación del cuerpo negro, que en la siguiente
figura se muestra para varias temperaturas