a ojo de buen cubero

Cuerpo negro

Empiezo aquí "la historia de la ciencia más grande jamás contada", bueno, puede que esa no sea una descripción muy acertada, pero cuando a uno le entusiasman estas cosas, es lo que piensa.

Esta historia nos la contó en clase de 2º de carrera el profesor Miguel A. Ferrero, y fué ahí donde la frase "el universo es inquieto" apareció en mi vida. Seguramente algún día lleguemos a ella, pero por ahora vamos a empezar desde el principio.

¿Por qué vemos las cosas? No me voy a meter en la fisilogía del ojo, pero sabemos que para que podamos ver algo, nos tiene que llegar radiación electromagnética, y no cualquiera, sino una de una longitud de onda que esté entre unos valores determinados (más datos aquí y aquí).


Lo interesante es que los cuerpos no emiten radiación de manera que podamos verla, al menos no todos, solo los que "dan luz" como las bombillas, las televisiones, el Sol... Podemos ver las cosas porque reflejan la luz que otros cuerpos emiten, así si no hay ni sol, ni bombillas, ni luna, ni nada de nada, no hay manera de ver ni la mano que pongamos delante de nuestros ojos, en definitiva, podemos ver las cosas porque reflejan la luz que otros cuerpos emiten.

Ahora bien, ¿qué pasa si calentamos un trozo de hierro? El hierro no emite luz, pero si lo vamos calentando, llegará un momento, en el que empiece a ponerse rojo, muy poco, tan poco que si no estamos a oscuras no nos daremos cuenta de que emite luz, pero si seguimos calentando quedará claro que sí, porque pasará de un rojo apagado a un rojo vivo, y depués puede llegar incluso al blanco (posiblemente a estas temperaturas ya se haya fundido, así que mejor tenerlo en un buen recipiente). Volveremos en otro capítulo sobre como cambia la luz con la temperatura, pero por ahora tiene que quedar claro que un cuerpo, solo por estar a una determinada temperatura, emite radiación. Supongo que todos alguna vez hemos visto, aunque solo sea en películas, una cámara térmica, pues esta cámara no es otra cosa que una cámara "normal" que en vez de "ver" la radiación que vemos las personas, "ve" la radiación en otras zonas del espectro (normalmente infrarrojos) y luego la analiza y con una pantalla, la convierte en luz visible para que nosotros podamos verla.

Bien, ya hemos visto que los cuerpos reflejan la luz (o cualquier tipo de radiación, para ser más exactos), y también emiten radiación dependiendo de su temperatura. Solo nos queda por explicar un concepto, la absorción. Si tenemos frío, podríamos ponernos cerca de un fuego, de una estufa o incluso de una bombilla para entrar en calor, ¿no? Esto es precisamente, porque emiten radiación y tienen una temperatura diferente de la nuestra, con lo cuál, absorbemos la energía que nos llega para entrar en calor. Si, es cierto que también reflejamos parte de esa radiación, pero otra parte la absorbemos y seguiríamos absorbiendo, en condiciones ideales, hasta alcanzar un equilibrio térmico, pero entonces arderíamos nosotros y no sería bueno.

Pues ya está, ya tenemos todo y ahora soy hay que darse cuenta de una cosa. La energía ni se crea ni se destruye, así que, en el caso de estar en equilibrio térmico, la energía que le llega a un cuerpo, tiene que ser igual a la que salga de él, y repito, esto es porque estamos en equilibrio y el cuerpo no puede almacenar más energía. Es como una jarra, si está llena, el agua que le echas es igual a la que se sale, no hay más que eso.

¿Qué nos queda? Pues que energía incidente es igual a la energía absorbida más la energía reflejada.


E_i=E_ref+E_abs


Ahora pensemos en un cuerpo, que no refleje nada de luz, algo que todo lo que le llega lo absorbe (y no, no estoy hablando de agujeros negros). Por ejemplo supongamos un agujero en una cavidad. Toda la energía que llegue al agujero entrará dentro de la caja y se quedará por ahí rebotando, así que idealmente, el agujero (¡ojo!, no la caja) se comporta como algo que absorbe toda la radiación y no refleja nada.



¿Y esto para qué? Pues porque hemos quitado un término de la igualdad, ahora toda la radiación que le llega se absorbe, y como estamos en el equilibrio, es emite, pero no hay radiación reflejada. Esto es lo que se conoce como un "cuerpo negro" (que ya mencionamos en el artículo de los Premios Nobel de Fisica 2006).


E_ref=0
E_i=E_abs=E_e


En definitiva, podemos idear un experimento en el laboratorio, en el que tengamos un cuerpo, en equilibrio térmico con el ambiente, y al que toda la radiación que le llegue, la absorberá y la volverá a emitir. Si esto ha quedado claro, me doy satisfecho por hoy.

Etiquetas: Cuántica, Un poco de historia

enviado por Sergio @ 12:53 p. m.