Cuerpo Negro: Emisión, Absorción y Cuantización de la Energía
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Un cuerpo negro es un objeto ideal que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite luz y constituye un modelo ideal físico para el estudio de la emisión de radiación electromagnética.
Todo cuerpo emite energía en forma de ondas electromagnéticas, siendo esta radiación, que se emite incluso en el vacío, tanto más intensa cuanto más elevada es la temperatura del emisor. La energía emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz visible (es decir, de menor frecuencia). Al elevar la temperatura no sólo aumenta la energía emitida sino que lo hace a longitudes de onda más cortas; a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se calienta. Los cuerpos no emiten con igual intensidad a todas las frecuencias o longitudes de onda, sino que siguen la ley de Planck. La ley de Kirchhoff establece que un cuerpo que es buen emisor de energía es también buen absorbedor de dicha energía. Así, los cuerpos de color negro son buenos absorbedores.
En algunos casos resulta conveniente suponer que existe un valor de emisividad constante para todas las longitudes de onda, siempre menor que 1 (que es la emisividad de un cuerpo negro). Esta aproximación se denomina aproximación de cuerpo gris.
Espectro de la Radiación del Cuerpo Negro
El espectro de la radiación del cuerpo negro fue resuelto por Max Planck con la cuantización de la energía. La energía total del cuerpo negro resultó que tomaba valores discretos más que continuos. Este fenómeno se llamó cuantización, y los intervalos posibles más pequeños entre los valores discretos son llamados quanta (singular: quantum, de la palabra latina para "cantidad", de ahí el nombre de mecánica cuántica). El tamaño de un cuanto es un valor fijo llamado constante de Planck, y que vale: 6.626 ×10-34 julios por segundo.
¿Por qué un Cuerpo Negro se Ve Negro?
Los agujeros negros no se ven porque el "fondo" sobre el que están, también es negro. El negro significa que se absorbe toda la radiación que llega al mismo. Un objeto negro siempre absorbe toda la radiación visible que le llega y por eso se ve de color negro, pero ten en cuenta que emite radiación en otras frecuencias (por ejemplo, en infrarrojos). Por lo que un objeto que absorbe todo lo que emite puede ser de color rojo y seguir siendo un cuerpo negro.
Cuantización de la Carga vs. Cuantización de la Energía
¿Tiene sentido hablar en física de cuantización de carga? ¿En qué sentido difiere de la cuantización de la energía?
La cuantización de carga sí tiene sentido; los electrones no poseen carga continua, sino definida. La cuantización de la energía se refiere a la energía de los orbitales de los electrones, no a su carga.