Cuerpo negro | Significado de cuerpo negro

Parte de la energía o radiación radiante que cae sobre un cuerpo opaco, atraviesa su superficie y se absorbe en su interior. De igual modo, si el mismo tipo de energía se origina al calentarlo, una fracción igual a la mencionada anteriormente se escapa por la superficie. Esto se expresa por la ley de Kirchhoff, que establece que las cantidades de energía absorbidas o emitidas por un cuerpo en idénticas condiciones son iguales. El cuerpo negro, el nombre que recibe el radiador perfecto, será, por tanto, un absorbente perfecto y deberá aparecer completamente negro. Esta calidad “negro” debe aplicarse a todas las longitudes de onda del espectro y no sólo a la región visible. Ninguno de los materiales conocidos es perfectamente negro, pero puede construirse una aproximación suficiente haciendo una cavidad en un cuerpo opaco, cuyo interior es visible a través de un pequeño agujero en una de las paredes. Éstos dan, por reflexión y emisión repetidas, una radiación que a efectos prácticos puede considerarse como el cuerpo negro ideal. La cavidad puede ser de cualquier tamaño y forma y las paredes pueden ser de varios materiales con distintos acabados superficiales, pero todas deben estar a la misma temperatura. Este tipo de radiadores es de máxima importancia teórica y práctica, ya que permite al físico estudiar las leyes de la radiación en condiciones ideales.

La ley de distribución de Planck para la radiación del cuerpo negro consiste en una ecuación que describe cómo la energía radiante emitida en un segundo por un cuerpo negro se distribuye entre las diferentes longitudes de onda del espectro que se encuentra en una temperatura determinada. Véase Planck, Max; Teoría cuántica.

La fórmula de Planck se escribe:

donde X es la longitud de onda en micras (véase Sistema métrico); T, la temperatura absoluta o Kelvin (véase cero absoluto, temperatura absoluta) y la base de los logaritmos naturales; h constante de Planck; k de Boltzmann y yc la velocidad de la luz en el vacío.

Esto es:

microvatios por cm2 y 0,01 p de extensión zonal del espectro.

El gráfico adjunto proporciona Eλ para cada longitud de onda en un cuerpo negro a una temperatura de 1000° K. La intensidad máxima de la radiación corresponde a una longitud de onda correlacionada con la temperatura T por la siguiente expresión:

λmT = 2897,2 micras grados

Si, por ejemplo, se desea que la intensidad máxima de la radiación corresponda a la longitud de onda de 3 µ, la temperatura del radiador será de 965,7 °K. Otro tipo de máximo, de interés en ingeniería, es la máxima eficiencia a una longitud de onda λe por

un consumo de energía predeterminado, que viene dado por la expresión:

λeT = 3668,9 micras grados

Según él, un radiador perfecto dará la máxima eficiencia energética a la longitud de onda de 3 µ cuando esté a la temperatura de 1223,0°K.

En procesos como la fabricación y tratamiento térmico de aceros, se observa el interior del torno con un pirómetro óptico, mediante el cual se compara el brillo de las paredes del torno con una luz llevada por la herramienta. El filamento de esta lámpara puede ser de tungsteno que está lejos de ser un radiador perfecto o un cuerpo negro, pero este inconveniente se evita calibrándolo, respecto a la temperatura, respecto a un cuerpo negro que se utiliza invariablemente como modelo. a estos efectos.

En fotometría, el patrón cromático de las lámparas incandescentes corresponde a la temperatura absoluta de un cuerpo negro que irradia luz del mismo color visualmente apreciado. Por definición convencional, la intensidad luminosa de un centímetro cuadrado de platino a su temperatura de fusión, 2046°K, es equivalente a la dirección normal a sesenta candelas; su sesentena parte es actualmente el modelo internacional llamado vela. La observación no se realiza sobre el platino mismo, sino sobre el fondo de un tubo de material refractario inmerso en platino fundido; dadas las condiciones experimentales en las que se realiza, prácticamente constituye una observación de cuerpo negro. Por este motivo, es un tipo de patrón muy conveniente ya que la composición espectral de la luz que emite puede calcularse mediante la ecuación de distribución de Planck, dando como resultado T = 2046°K. El platino se utiliza porque no se altera incluso después de la fusión repetida y porque el punto de fusión o solidificación en condiciones de laboratorio se conoce con gran precisión.