Fundamentos de la Física Cuántica y Radiación del Cuerpo Negro

Fenómenos inexplicables por la física clásica

Existían diversos hechos que no podían explicarse mediante las leyes de la física clásica:

• La forma de emitir radiación electromagnética en función de la temperatura que tienen los cuerpos.
• El comportamiento de la radiación electromagnética en el efecto fotoeléctrico.
• Los fenómenos de relación entre la materia y la radiación, como los espectros discontinuos.
• El comportamiento de la materia cuando interacciona consigo misma, como en los choques de electrones con átomos.
• El comportamiento ondulatorio de partículas materiales como los electrones.

Radiación Térmica

Se llama radiación térmica de un cuerpo a la energía electromagnética que emite en función de su temperatura. Cualquier cuerpo, cuando se calienta, irradia energía. Si la temperatura es baja, esa radiación no se ve (es radiación infrarroja); a medida que su temperatura aumenta, la radiación emitida se hace visible: primero emite luz de color rojo, luego el rojo se hace más amarillo y brillante y, finalmente, el color es blanco-rojizo si la temperatura es lo suficientemente alta.

El Concepto de Cuerpo Negro

Todo cuerpo emite energía hacia el espacio en forma de ondas electromagnéticas, la cual será mayor cuanto mayor sea la temperatura del cuerpo emisor. Todo cuerpo recibe energía radiante emitida por los cuerpos que le rodean y absorbe de ellos cierta fracción, denominándose cuerpo negro a aquel que tiene la propiedad de absorber íntegramente todas las radiaciones que inciden sobre él y después emitirlas, cualquiera que sea su longitud de onda. Se puede considerar como tal cualquier material resistente al calor que contenga una cavidad con paredes rugosas y muy absorbentes, comunicada con el exterior por un pequeño orificio.

La Cuantización de la Energía

Hipótesis de Planck

La energía está cuantizada, lo que significa que puede tomar valores discretos (no continuos), siendo emitida por los osciladores en forma de "paquetes", que son múltiplos enteros de la cantidad elemental. Según Planck, la energía de los osciladores no puede variar de manera continua, sino por múltiplos de la cantidad de un valor elemental E.

El Efecto Fotoeléctrico

Se llama efecto fotoeléctrico al proceso mediante el cual se liberan electrones de un material por la acción de la luz, pudiéndose originar una corriente eléctrica.

• De acuerdo con la teoría ondulatoria, la energía se distribuye uniformemente en el frente de onda y la energía cinética de los electrones arrancados debería ser directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente.
• Sin embargo, se demuestra que no es función de la intensidad de la luz incidente, sino de la frecuencia de la radiación incidente.

Si la velocidad