Uncuerpo negroes un objeto terico o ideal que absorbe toda laluzy toda laenergaradiante que incide sobre l. Nada de la radiacin incidente se refleja o pasa a travs del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite luz y constituye unsistema fsicoidealizado para el estudio de la emisin deradiacin electromagntica. El nombreCuerpo negrofue introducido porGustav Kirchhoffen1862. La luz emitida por un cuerpo negro se denomina radiacin de cuerpo negro.Todo cuerpo emite energa en forma deondas electromagnticas, siendo esta radiacin, que se emite incluso en el vaco, tanto ms intensa cuando ms elevada es la temperatura del emisor. La energa radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y corresponde alongitudes de ondasuperiores a las de la luz visible (es decir, de menor frecuencia). Al elevar la temperatura no slo aumenta la energa emitida sino que lo hace a longitudes de onda ms cortas; a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se calienta. Los cuerpos no emiten con igual intensidad a todas lasfrecuenciaso longitudes de onda, sino que siguen laley de Planck.A igualdad de temperatura, la energa emitida depende tambin de la naturaleza de la superficie; as, una superficie mate o negra tiene unpoder emisormayor que una superficie brillante. As, la energa emitida por un filamento de carbn incandescente es mayor que la de un filamento de platino a la misma temperatura. Laley de Kirchhoffestablece que un cuerpo que es buen emisor de energa es tambin buen absorbente de dicha energa. As, los cuerpos de color negro son buenos absorbentes.Un cuerpo negro es un objeto capaz de absorber toda la radiacin del espectro electromagntico que incida sobre l. En la imagen, el orificio de entrada es el cuerpo negro.Si el cuerpo negro tiene una temperatura constante, es decir, est en equilibrio trmico, debe emitir la misma cantidad de radiacin que le llegue. De lo contrario, su temperatura cambiara.LA RADIACIN DE CUERPO NEGRO

Saba usted que todos los objetos emitenondas electromagnticas?

Un carro, una casa, un libro, la Tierra, usted mismo, continuamente estn emitiendo ondas electromagnticas:

Cmo se puede explicar este fenmeno?Para entender por qu emiten radiacin los objetos ponga mucha atencin a las siguientes consideraciones:

Los objetos estn hechos detomos.Untomopuede emitir radiacin (como laluz) cuando uno de sus electrones pierde energa y as pasa a unorbitalde menor energa.Untomopuede absorber radiacin cuando uno de sus electrones gana energa y as pasa a unorbitalde mayor energa.El movimiento de lostomosen un objeto produce choques o vibraciones que estimulan la emisin y absorcin de radiacin.Un aumento en latemperaturade un objeto representa un aumento de la energa cintica de movimiento de sus tomos.En la naturaleza ningn objeto puede tenertemperatura absolutaigual a cero.

El fsico alemn Max Plank, descubri la ley que gobierna la radiacin de los cuerpos en equilibrio termodinmico. Segn Plank, la intensidad de radiacin para cadalongitud de ondadepende nicamente de la temperatura del cuerpo en questin.El espectro de radiacin (o intensidad para cada longitud de onda) al que lleg Plank tiene una forma caracterstica as:

Los fsicos designan este espectro con el nombre deRadiacin de Cuerpo Negro.Plank lleg a este resultado introduciendo el concepto dequantumde energa (es decir que la energa en la naturaleza slo se puede intercambiar en paquetes con cantidades discretas). Este es el principio de lamecnica cuntica.El Universo y la Radiacin de Cuerpo NegroEluniverso comenzhace 15 mil millones de aos con una gran explosin. Los astrofsicos que elaboraron esa teora hicieron la prediccin de que la energa presente en los primeros momentos del universo debe existir an en el espacio y debe tener un espectro deCuerpo Negro(a esta energa se le llamaradiacin csmica de fondo).El 13 de enero de 1990 el astrofsico John C. Mather anunci al mundo el resultado de la medicin del espectro de laradiacin csmica de fondoobtenida por el proyecto COBE de la NASA: result ser exactamente unespectro de cuerpo negrocorrespondiente a una temperatura de 2.725Kelvin. ste es el espectro original obtenido por COBE:

Modelos clsico y cuntico de cuerpo negro[editar]Los principios fsicos de la mecnica clsica y la mecnica cuntica conducen a predicciones mtuamente excluyentes sobre los cuerpos negros o sistemas fsicos que se les aproximan. Las evidencias de que el modelo clsico haca predicciones la emisin a pequeas longitudes de onda en abierta contradiccin con lo observado llevaron a Planck a desarrollar un modelo heursticos que fue el germen de la mecnica cuntica. La contradiccin entre las predicciones clsicas y los resultados empricos a bajas longitudes de onda, se conoce comocatstrofe ultravioleta.Ley de Planck (Modelo cuntico)[editar]La intensidad de la radiacin emitida por un cuerpo negro, con una temperaturaen la frecuencia, viene dada por laley de Planck:

dondees la cantidad de energa por unidad de rea, unidad de tiempo y unidad dengulo slido;es una constante que se conoce comoconstante de Planck;es la velocidad de la luz; yes laconstante de Boltzmann.Se llamapoder emisivode un cuerpoa la cantidad de energa radiante emitida por la unidad de superficie y tiempo:

La longitud de onda en la que se produce el mximo de emisin viene dada por laley de Wien; por lo tanto, a medida que la temperatura aumenta, el brillo de un cuerpo va sumando longitudes de onda, cada vez ms pequeas, y pasa del rojo al blanco segn va sumando las radiaciones desde el amarillo hasta el violeta. Lapotenciaemitida por unidad de rea viene dada por laley de Stefan-Boltzmann.Ley de Rayleigh-Jeans (Modelo clsico)[editar]Antes de Planck, laLey de Rayleigh-Jeansmodelizaba el comportamiento del cuerpo negro utilizando el modelo clsico. De esta forma, el modelo que define la radiacin del cuerpo negro a una longitud de onda concreta:

dondeces lavelocidad de la luz,kes laconstante de BoltzmannyTes latemperaturaabsoluta. Esta ley predice una produccin de energa infinita a longitudes de onda muy pequeas. Esta situacin que no se corrobora experimentalmente es conocida como lacatstrofe ultravioleta.Aproximaciones fsicas a un cuerpo negro[editar]El cuerpo negro es un objeto terico o ideal, pero se puede aproximar de varias formas entre ellas una cavidad aislada y otros sistemas algo ms complejos.Cavidad aislada[editar]Es posible estudiar objetos en el laboratorio con comportamiento muy cercano al del cuerpo negro. Para ello se estudia la radiacin proveniente de un agujero pequeo en una cmara aislada. La cmaraabsorbemuy poca energa del exterior, ya que sta solo puede incidir por el reducido agujero. Sin embargo, la cavidad irradia energa como un cuerpo negro. La luz emitida depende de la temperatura del interior de la cavidad, produciendo elespectrode emisin de un cuerpo negro. El sistema funciona de la siguiente manera:La luz que entra por el orificio incide sobre la pared ms alejada, donde parte de ella es absorbida y otra reflejada en un ngulo aleatorio y vuelve a incidir sobre otra parte de la pared. En ella, parte vuelve a ser absorbido y otra parte reflejada, y en cada reflexin una parte de la luz es absorbida por las paredes de la cavidad. Despus de muchas reflexiones, toda la energa incidente ha sido absorbida.Aleaciones y nanotubos[editar]Segn elLibro Guinness de los Rcords, la sustancia que menos refleja la luz (en otras palabras, la sustancia ms negra) es unaaleacindefsforoynquel, confrmula qumicaNiP. Esta sustancia fue producida, en principio, por investigadoresindiosyestadounidensesen1980, pero perfeccionada (fabricada ms oscura) por Anritsu (Japn) en1990. Esta sustancia refleja tan slo el 0,16% de la luz visible; es decir, 25 veces menos que la pintura negra convencional.En el ao 2008 fue publicado en la revista cientfica Nanoletters un artculo con resultados experimentales acerca de un material creado connanotubos de carbonoque es el ms absorbente creado por el hombre, con una reflectancia de 0,045%, casi 3 veces menos que la marca lograda por Anritsu.[1]Cuerpos reales y aproximacin de cuerpo gris[editar]Los objetos reales nunca se comportan como cuerpos negros ideales. En su lugar, la radiacin emitida a una frecuencia dada es una fraccin de la emisin ideal. Laemisividadde un material especifica cul es la fraccin de radiacin de cuerpo negro que es capaz de emitir el cuerpo real. La emisividad depende de lalongitud de ondade la radiacin, latemperaturade la superficie, acabado de la superficie (pulida, oxidada, limpia, sucia, nueva, intemperizada, etc.) y ngulo de emisin.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 aproximacin se denominaaproximacin de cuerpo gris. LaLey de Kirchhoffindica que enequilibrio termodinmico, laemisividades igual a laabsortividad, de manera que este objeto, que no es capaz de absorber toda la radiacin incidente, tambin emite menos energa que un cuerpo negro ideal.Aplicaciones astronmicas[editar]Enastronoma, la emisin de lasestrellasse aproxima a la de un cuerpo negro. La temperatura asociada se conoce como Temperatura Efectiva, una propiedad fundamental para caracterizar la emisin estelar.Laradiacin csmica de fondode microondas proveniente delBig Bangse comporta casi como un cuerpo negro. Las pequeas variaciones detectadas en esta emisin son llamadas anisotropias y son muy importantes para conocer las diferencias de masa que exista en el origen del universo.Laradiacin de Hawkinges la radiacin de cuerpo negro emitida poragujeros negros.La emisin de gas, polvo csmico y discos protoplanetarios tambin se asocia con cuerpos negros, principalmente en la regin infrarroja y milimtrica del espectro electromagntico. Son importantes herramientas para buscar sistemas planetarios.