Medidas De Temperatura En El Cuerpo Negro

PRÁCTICA Nº03: MEDIDAS DE TEMPERATURA EN EL CUERPO NEGRO

INTRODUCCION

Un cuerpo negro ideal es aquél que en frío absorbe toda la radiación electromagnética que recibe y en todas las frecuencias. Se ve negro porque no refleja la luz de ninguna longitud de onda. El ejemplo cotidiano más parecido al ideal es el carbón. Cuando el cuerpo está caliente emite radiación electromagnética (un trozo de carbón a 1000º C se ve rojo brillante, tal como se observa en una barbacoa) y su comportamiento está gobernado por las siguientes leyes, encontradas primero experimentalmente y cuya explicación teórica fue dada por M. Planck (1900) lo que constituyó el primer éxito de la Mecánica Cuántica.

Toda superficie cuya temperatura sea mayor que la del cero absoluto, emite radiación térmica. En los diversos procesos que originan la radiación, se emite un espectro completo de longitudes de onda. Un cuerpo que tiene la propiedad de absorber toda la radiación que incide sobre él, recibe el nombre de cuerpo negro y por ende, emite todo lo que incide. Así, un cuerpo negro es el absorbente y el emisor más eficiente.

A medida que aumenta la temperatura (T) del cuerpo la longitud de onda (λmáx ) a la cual se encuentra el máximo de intensidad disminuye lo que hace que vayamos viendo que el objeto cambia de color. Del análisis de estas curvas se obtuvieron dos leyes importantes:

La ley de desplazamiento de Wien (Premio Nobel 1911):

λmáxT = constante

Ley de Stefan-Boltzmann, la intensidad total es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta:

4 R T = σ

Dónde R es la radiación térmica emitida por un objeto a una temperatura T, σ es la constante de Stefan-Boltzmann y es igual a (5, 670400 ± 0, 000040) × 10−8 Wm−2 K−4 y T es la temperatura absoluta del objeto en consideración.

OBJETIVOS

Estudio de la radiación de un cuerpo negro y comprobación experimental de la ley de Stefan -Boltzmann.

Estudiar la radiación emitida por un cuerpo incandescente, la manera en que se altera la radiación solar en un tiempo determinado.

Comparar y contrastar nuestros resultados con la teoría brindada en clase.

Explicar la principal causa del fenómeno que ocurre en el objeto negro con respecto a la radiación solar.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Un cuerpo negro es un objeto teórico o 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 sistema físico idealizado para el estudio de la emisión de radiación electromagnética. El nombre Cuerpo negro fue introducido por Gustav Kirchhoff en 1862. La luz emitida por un cuerpo negro se denomina radiación de cuerpo negro.

Todo cuerpo emite energía en forma de ondas electromagnéticas, siendo esta radiación, que se emite incluso en el vacío, tanto más intensa cuando más elevada es la temperatura del emisor. La energía radiante 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.

A igualdad de temperatura, la energía emitida depende también de la naturaleza de la superficie; así, una superficie mate o negra tiene un poder emisor mayor que una superficie brillante. Así, la energía emitida por un filamento de carbón incandescente es mayor que la de un filamento de platino a la misma temperatura. La ley de Kirchhoff establece que un cuerpo que es buen emisor de energía es también buen absorbente de dicha energía. Así, los cuerpos de color negro son buenos absorbentes.

MATERIALES

Armazón de las cajas.

2 cajas: una negra y una clara.

Termómetro.

Regla.

Cronómetro.

PROCEDIMIENTO

Se arma el sistema de cajas, ubicando un lugar que tenga buena retención de luz solar, con el fin de realizar de manera adecuada el trabajo práctico.

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