Unidad 4 (Radiación de Cuerpo Negro)

¿Qué es un Radiación?

El término radiación se refiere a la emisión continua de energía desde la superficie de cualquier cuerpo, esta energía se denomina radiante y es transportada por las ondas electromagnéticas que viajan en el vacío a la velocidad de 3·108 m/s. Las ondas de radio, las radiaciones infrarrojas, la luz visible, la luz ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma, constituyen las distintas regiones del espectro electromagnético.

¿Qué es un cuerpo negro?

El nombre Cuerpo negro fue introducido por Gustav Kirchhoff en 1862.

El nombre de cuerpo negro obedece al hecho de que es un cuerpo que absorbe perfectamente toda la radiación que incide sobre él. La superficie de un cuerpo negro es un caso límite, en el que toda la energía incidente desde el exterior es absorbida, y toda la energía incidente desde el interior es emitida.

Sin embargo, fue Kirchhoff quien sostuvo que un cuerpo que absorbe perfectamente energía electromagnética es un cuerpo que también puede emitir energía electromagnética. Con esta definición un cuerpo negro es aquel que absorbe toda la radiación que le llega a todas las longitudes de onda y la radiación que ´el emite es solo función de la temperatura y de la frecuencia de la onda.

No existe en la naturaleza un cuerpo negro, incluso el negro de humo refleja el 1% de la energía incidente. Sin embargo, un cuerpo negro se puede sustituir con gran aproximación por una cavidad con una pequeña abertura. La energía radiante incidente a través de la abertura, es absorbida por las paredes en múltiples reflexiones y solamente una mínima proporción escapa (se refleja) a través de la abertura. Podemos por tanto decir, que toda la energía incidente es absorbida.

*Según La Física Clásica y Física Quántica:

¿Qué es un cuerpo gris?

Los objetos de verdad no son ideales por que no son cuerpos negros la emisividad puede ser distinta en cada longitud de onda y depende de factores tales como la temperatura, condiciones de las superficies ángulo de emisión (pulidas, oxidadas, limpias, sucias, nuevas, etc.). En algunos casos resulta conveniente suponer que existe un valor de emisividad constante para todas las longitudes de onda, siempre menor que 1). Esta aproximación se denomina aproximación de cuerpo gris. La Ley de Kirchhoff indica que la emisividad es igual a la absortividad de manera que un objeto que no es capaz de absorber toda la radiación incidente también emite menos energía que un cuerpo negro ideal.

¿Qué es el espectro electromagnético?

El espectro electromagnético (o simplemente espectro) es el rango de todas las radiaciones electromagnéticas posibles. El espectro de un objeto es la distribución característica de la radiación electromagnética de ese objeto.

El espectro electromagnético se extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna (extremo de la onda larga) hasta los rayos gamma (extremo de la onda corta), que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un átomo. Se piensa que el límite de la longitud de onda corta está en las cercanías de la longitud Planck, mientras que el límite de la longitud de onda larga es el tamaño del universo mismo, aunque en principio el espectro sea infinito y continuo.

Usando la ecuación v=lf, donde v= velocidad (en este caso de la luz), l = longitud de onda, y f = frecuencia, nosotros podemos observar la relación inversa. La unidad para la longitud de onda es el metro (m) y para la frecuencia es el Hertzio (Hz). La velocidad de la luz está representada por v, es una constante: 3x10^8 m/s.

Las ondas electromagnéticas cubren una amplia gama de frecuencias o de longitudes de ondas y pueden clasificarse según su principal fuente de producción. La clasificación no tiene límites precisos.

Región del espectro Intervalo de frecuencias (Hz)Radio-microondas 0-3.0·1012

Infrarrojo 3.0·1012-4.6·1014

Luz visible 4.6·1014-7.5·1014

Ultravioleta 7.5·1014-6.0·1016

Rayos X 6.0·1016-1.0·1020

Radiación gamma 1.0·1020-….

El espectro electromagnético se puede organizar de acuerdo con la frecuencia correspondiente de las ondas que lo integran, o de acuerdo con sus longitudes. Hacia un extremo del espectro se agrupan las ondas más largas, como las correspondientes a frecuencias de sonidos que puede percibir el oído humano, mientras que en el otro extremo se agrupan las ondas extremadamente más cortas, pero con mayor energía y mayor frecuencia en Hertz, como las pertenecientes a las radiaciones gamma y los rayos cósmicos.

¿Cuál es la ventana de la radiación térmica en el espectro?

Propiedad de los objetos de ser transparentes a ciertas radiaciones que llegan desde el espacio exterior y también impide el paso de otras radiaciones hasta su superficie (Ambiente).

¿Qué es la emitancia?

Radiación emitida por la superficie a cierta temperatura dada. La radiación emitida por un cuerpo negro a una misma temperatura.

Coeficiente de emisión de radiación infrarroja que emite una superficie, en relación con la que emitiría si fuera un emisor perfecto (cuerpo negro).

¿Qué es absortancia?

Coeficiente entre la energía solar absorbida y el incidente sobre una superficie.

Representa en sí la fracción de radiación incidente que es absorbida por un material, con valores que van de 0.0 a 1.0 (aunque también se puede expresar en términos de porcentaje, de 0% a 100%). La absortancia, en ocasiones denominada absorción superficial, depende fundamentalmente del color y el acabado de los materiales. Es común encontrar tres formas distintas de absortancia: solar, visible y térmica.

¿Qué es reflectancia?

Capacidad de un cuerpo de reflejar la luz.

Aplica para capas delgadas. Cuando la reflexión ocurre en capas delgadas, los efectos de la reflexión interna pueden provocar que la reflectancia varíe de acuerdo al grosor de la superficie.

¿Qué es trasmitancia?

Es una magnitud que expresa la cantidad de energía que atraviesa un cuerpo en la unidad de tiempo.

¿Qué es el factor de forma?

Estándares que definen algunas características físicas de las placas base para ordenador personal.

Bibliografías:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/radiacion/radiacion.htm

http://samrqfisica1-2.blogspot.mx/2010/04/espectro-electromagnetico.html

http://www.fing.edu.uy/~skahan/tranferenciacalor.pdf

http://www.sol-arq.com/index.php/caracteristicas-materiales/caracteristicas-superficiales