Energa radiante y cuerpo negro.
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Energía radiante y cuerpo negro. Todo cuerpo a temperatura mayor que cero emite energía en forma de ondas electromagnéticas. . A temperatura ambiente la energía es baja y corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz visible. .

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Todo cuerpo a temperatura mayor que cero emite energía en forma de ondas electromagnéticas.

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Presentation Transcript


Todo cuerpo a temperatura mayor que cero emite energ a en forma de ondas electromagn ticas

Energa radiante y cuerpo negro.

Todo cuerpo a temperatura mayor que cero emite energa en forma de ondas electromagnticas.

A temperatura ambiente la energa es baja y corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz visible.

Al elevar la temperatura aumenta la energa emitida y disminuyen las longitudes de onda lo que se manifiesta en el cambio de color cuando el cuerpo se calienta.


Todo cuerpo a temperatura mayor que cero emite energ a en forma de ondas electromagn ticas

  • La radiacintrmicaesradiacinelectromagnticageneradapor el movimiento de partculascargadasdentro de la materia.

  • Ejemplos:

  • luz visible emitidaporunalmparaincandescente,

  • radiacininfrarrojaemitidapormamferos

Gran parte de la energa de una persona esemitida en forma de radiacin. Algunosobjetos (comoestabolsaplstica) son transparentes en el infrarrojo y opacos en el visible (y viceversa). Ac se ven dos imgenes de unamismaescena en el visible y el infrarrojo. Wikimedia Commons


Todo cuerpo a temperatura mayor que cero emite energ a en forma de ondas electromagn ticas

La luz del Sol esradiacintrmicageneradapor el plasma calientequeest en estaestrella. La Tierra tambinemiteradiacintrmicapero de intensidad mucho menor.

El balance entre lo que la Tierra absorbe del Sol y lo queemite son los dos procesosmsimportantesquedeterminan la temperaturaterrestre.

Los cuerpos no emiten con igual intensidad a todas las frecuencias o longitudes de onda.

Para estudiar el comportamiento de la distribucin de la energa con la longitud de onda observada experimentalmente se introdujo un objeto idealizado llamado cuerpo negro.


Todo cuerpo a temperatura mayor que cero emite energ a en forma de ondas electromagn ticas

Un cuerpo negro es un objeto ideal que absorbe toda la energa electromagntica que incide sobre l. Debido a esto, tambin es el emisor perfecto de radiacin trmica, irradiando en forma incandescente con un espectro de emisin continuo caracterstico que depende de su temperatura. A temperatura ambiente emite en el infrarrojo. El nombre Cuerpo negro fue introducido por Gustav Kirchhoff en 1862. La luz emitida por un cuerpo negro se denomina radiacin de cuerpo negro.

El espectro de emisin de un cuerpo negro sigue la ley de Planck y dependeslo de la temperatura.


Todo cuerpo a temperatura mayor que cero emite energ a en forma de ondas electromagn ticas

Espectro de la radiacin de cuerpo negro.

Experimentalmente se observanespectrosque se aproximanmuybien al ideal (el de cuerpo negro dado por la ley de Planck) paracadatemperatura.

A medidaque la temperaturadisminuye, el mximo de la curvatambindisminuye y la longitud de ondapara la queocurreaumenta.

Entender el origen de estaradiacinfue un tpico caliente de la fsica del sXIX. En el grfico se compara la curva de la radiacin de un cuerpo negro con la teoraclsica de Rayleigh y Jeans. Wikimedia Commons


Todo cuerpo a temperatura mayor que cero emite energ a en forma de ondas electromagn ticas

Se puedeobservar la radiacin de cuerpo negro como un remanente del punto de transparencia en el cual la temperatura del Universo en expansincaypordebajo de los 3000K de modoque la radiacinpudoescapar.


Todo cuerpo a temperatura mayor que cero emite energ a en forma de ondas electromagn ticas

Descubrimiento de la radiacincsmica de fondo

En 1965 Arno A. Penzias and Robert W. Wilson de los Laboratorios Bell estabanprobandounaantenamuy sensible en el rangode lasmicroondascuandodescubrieron un ruido de fondo. Intentaroneliminarlo sin xito. Apuntaron la antena en distintasdirecciones y siguierondetectndola. Como no pudieronexplicarla en trminos de ningunafuente de ruido local, concluyeronquevena del espacio y que era igual en todasdirecciones. Se trataba de unaradiacincuyadistribucin era la de un cuerpo negro a aproximadamente2.7 Kelvins.

Luego de susesfuerzosparaeliminar el ruidodescubrieronque un grupo de Princeton habapredichoquedebaquedarunaradiacin de fondo en el rango de lasmicroondasproveniente del Big Band y queestabanplaneandohacer un experimentoparadetectarla. Penzias y Wilson recibieron el Premio Nobel en 1978 porsudescubrimiento.


Todo cuerpo a temperatura mayor que cero emite energ a en forma de ondas electromagn ticas

Radiacincsmica de fondo

Distribucin de la radiacincsmica de fondomedidapor el Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Es el espectro de emisinmedido con mayor exactitud,corresponde a unatemperatura de 2.725 K y a un pico de emisin a los 160.2 GHz. Wikimedia Commons


Todo cuerpo a temperatura mayor que cero emite energ a en forma de ondas electromagn ticas

El espectro de radiacin del cuerpo negro presentavariasregularidades. La frecuenciams probable de la radiacinemitida, con b=2.8977685(51)103mK, est dada por la ley de Wien.

La ley de Stefan-Boltzmann da la intensidad total de la radiacincomofuncin de la temperatura.

Diagrama de HertzsprungRussell donde se grafica la luminosidad de las estrellascomofuncin de la temperaturasuperficialefectiva (temperatura de un cuerpo negro queemita la mismacantidad total de radiacinelectromagnticaque la estrella).


Todo cuerpo a temperatura mayor que cero emite energ a en forma de ondas electromagn ticas

Alboresde la mecnicacuntica.

La discrepancia entre el espectro experimental de la radiacin trmica y las predicciones de la teora clsicallev a Planck a concluir que la energa de un sistema de cargas que oscilan como osciladores armnicos slo puede ser un mltiplo entero de una cierta cantidad finita de energa (1901).

Ideas similares fueron luego aplicadas por Einstein para explicar el efecto fotoelctrico (1905) y por Bohr para explicar propiedades de los espectros de emisin atmicos (1913).

Estos trabajos ms los desarrollados por de Broglie, Heisenberg y Schrdinger dieron lugar al inicio del desarrollo de la mecnica cuntica.


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