Cuerpo negro

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Todos los cuerpos que tienen una temperatura por encima del cero absoluto, es decir por encima de -273ºC,
emiten continuamente energía en forma de calor.
Podemos asegurar que todos los cuerpos emiten y absorben continuamente energía. En estado de equilibrio
térmico, la cantidad de energía perdida por segundo ha de ser igual a la cantidad de energía ganada en ese
tiempo.
Definimos como cuerpo negro a aquél que absorbe toda la energía que incide sobre él (el poder absorbente
es la unidad).
De lo dicho anteriormente, el cuerpo negro será asimismo un emisor perfecto.
El cuerpo negro es un caso ideal, pero podemos aproximarnos si hacemos un pequeño orificio en una cavidad
pintada con negro de humo: la energía que incida en el orificio penetra en su interior y, tras muchas reflexiones
en las paredes, prácticamente toda ella es absorbida, no saliendo ninguna al exterior.
En nuestro módulo hemos querido aproximarnos al concepto de cuerpo negro, en el sentido de conseguir un
objeto en el que penetra luz por un orificio exterior, no saliendo prácticamente ninguna.
Incluso siendo blanco el interior de la caja, se consigue el mismo efecto ya que las reflexiones interiores son
tantas que el rayo no sale fuera, aparentando pues ser negro el orificio.
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¿Por qué se ven los objetos?_________________________________________________________________________
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¿Por qué las esmeraldas se ven de color verde? ¿Por qué la leche es blanca?__________________________
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¿Por qué en la oscuridad no vemos los objetos?_______________________________________________________
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Repasa los conceptos de emisión y absorción de la energía. Realiza algún esquema claro en el que se
indique la diferencia entre estos dos conceptos.
¿Qué fotón es más energético, el de la luz verde o el de la azul?_________________________________________
Busca la definición de cuerpo negro y fabrica uno que tenga un comportamiento casi parecido.
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El espectro emitido por un cuerpo negro, ¿es continuo o discontinuo?____________________________________
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Busca información de la Hipótesis de Planck sobre la emisión de energía de los cuerpos. ¿Qué son los
cuantos de Planck?
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Observa detenidamente el exterior de la caja y comprueba que el orificio tiene un color aún más negro
que la pintura negra de la tapadera de la caja
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Sin abrir la caja, mira a través del orificio el interior de la caja, ¿de qué color ves el interior?
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Abre la tapa y mira en el interior; ¿te lo imaginabas de ese color?___________________________________
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Mira de nuevo por el orificio pero ahora abre la tapadera un poco: ¿se sigue viendo negro? Ábrela un poco
más y repite de nuevo.
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DESPUÉ
Explica lo que has observado en la visita al módulo.____________________________________________________
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Cuando decimos "se ve de color negro", ¿es correcta esa expresión?______________________________________
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Si aumentásemos el diámetro del orificio de la tapadera, ¿se seguiría viendo negro el interior?_______________
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¿Por qué la pupila es negra?_________________________________________________________________________
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Si colocamos dos termómetros al sol y a uno de ellos le recubrimos el depósito de mercurio con un trapo
negro, ¿marcarían los dos la misma temperatura al cabo de un rato? ¿por qué?
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En invierno solemos utilizar ropa más oscura que en verano ¿tendrías una explicación para esta costumbre?
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¿Por qué se pintan de blanco las casas en Andalucía?
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Explica la razón de que un objeto pintado de negro absorba más energía que otro de color claro, pero
también emita más energía que el de color claro.
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En una habitación se encuentran una bola metálica pintada de negro y otra bola de madera de color
blanco. Al tocarlas, ¿cuál nos parecerá más fría? ¿no contradice esto lo que hemos dicho sobre los cuerpos
negros?
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En los colores del espectro visible (arco iris) no aparece ni el blanco ni el negro; ¿por qué?
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¿Por qué razón las estrellas más calientes son las que tienen un color blanco-azulado mientras que las
más frías son las rojizas?
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Seguro que has oído hablar de mecánica cuántica, incluso en anuncios de televisión, podrías con la ayuda
de tu profesor realizar un pequeño comentario, mesa redonda etc en el que pusieseis de manifiesto la
importancia de la mecánica cuántica en la Física actual.
Penzias y Wilson encontraron el resto de energía que está emitiendo el Universo como consecuencia probablemente- de la explosión inicial del Big-Bang, ¿sabes cuál es la temperatura correspondiente a
esta emisión energética?
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Max Karl Ernst Ludwig Planck nació el 23 de abril de 1858 en Kiel (Alemania) y falleció el 3 de octubre de 1947
en Göttingen (Alemania).
Estudió en Berlín y Munich, y ejerció como profesor de Física en Kiel y Berlín, siendo nombrado catedrático de
Física Teórica en esta ciudad en 1892, cargo que mantuvo hasta su jubilación en 1928.
Uno de los problemas planteados en la Física de finales del XIX era la explicación de la radiación emitida por un
cuerpo caliente: según la termodinámica clásica (aplicada por Wilhelm Wien y Lord Rayleigh), dicha explicación
conducía a un absurdo conocido como la "catástrofe ultravioleta".
En 1900 publicó su trabajo "Sobre la teoría de la Ley de Distribución de Energía en el Espectro Continuo", que
fue el origen de la teoría cuántica.
Según la explicación dada por Planck, la energía absorbida o emitida por un cuerpo sólo puede tomar valores
múltiplos de una energía elemental; este "cuanto" energético está relacionado con la frecuencia de la radiación
mediante la expresión
E = h. ν
Siendo la constante "h" el "cuanto elemental de acción", tal como lo definió Planck. Posteriormente este valor
en Física se le conoce como constante de Planck.
Einstein aplicó esta novedosa teoría para explicar el efecto fotoeléctrico, Bohr la introdujo en su explicación
del átomo de hidrógeno, Compton para poder interpretar la dispersión de rayos X,...
Por supuesto que aún desconocemos muchas de las posibilidades de aplicación de la Mecánica Cuántica que
hace unos 100 años vislumbró Max Planck.
Su trabajo fue reconocido con el premio Nobel de Física en 1918 y sobre su tumba en Göttingen aparece grabada
la leyenda:
h = 6,62 . 10-27 erg · s
Aunque en la actualidad se utiliza más en unidades del S.I.
h = 6,62.10-34 J · s
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