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Radiación de cuerpo negro

1b. Radiación de cuerpo negro

Radiación que genera un cuerpo cuando se lo calienta. Se origina por la aceleración de partículas cargadas eléctricamente. Todos los cuerpos que nos rodean están a una temperatura superior a 0 K, por lo tanto están calientes y emiten radiación de cuerpo negro.

Es preciso utilizar el Kelvin (K) para definir la temperatura, debido a que es absoluta y se relaciona directamente a la sustancia. Conversión: Temp(K)= Temp(°C) + 273,15

 

Para entender este concepto, el ejemplo más común es la radiación rojo-anaranjado que se observa al calentar una barra de hierro.

radiac cn
Barra de hierro a 900°C

A diferencia de la emisión por niveles electrónicos, esta radiación no presenta longitudes de onda únicas (picos en el espectro), sino bandas que cubren un sinfín de longitudes de onda. Esta banda se describe por la ecuación de Plank:

I left parenthesis nu comma T right parenthesis equals open parentheses fraction numerator 2 pi nu cubed over denominator c squared end fraction close parentheses fraction numerator 1 over denominator e to the power of fraction numerator h nu over denominator k T end fraction end exponent minus 1 end fraction

Esta ecuación indica que a una temperatura (T) dada, se emite radiación de una intensidad (I) y frecuencia (v) dada. A mayor temperatura, mayor intensidad y mayor frecuencia (menor longitud de onda).

cuerpnegro
Radiación de cuerpo negro a distintas temperaturas

Cuerpos más calientes generan radiación con luces de menor longitud de onda. Recordando el espectro electromagnético, eso quiere decir que los cuerpos más fríos emiten radiación desde las ondas de radio y al aumentar la temperatura aumentan a microondas, infrarrojo, visible, UV, rayos X, etc.

emspecsmall
Espectro electromagnético

A temperaturas de 25 °C, los cuerpos presentan radiación en el infrarrojo, por lo tanto, no observamos color. La radiación con color podemos verla a partir de aproximadamente 850 K (575 °C) (emisión color roja).

 

Todas las bandas poseen un máximo, y es a la longitud de onda que tiene mayor intensidad (λmáx). Hay más cantidad de luz de longitud de de onda λmáx que del resto. El valor de λmáx se puede determinar mediante la ecuación (ley de desplazamiento de Wein):

λmáx·T = 2.898·106 nm·K

En la siguiente tabla se indican los valores de λmáx para distintas temperaturas, y el color que observamos.

Temperatura λmáx Color observado
298 K (25 °C) 9725 nm incoloro1
850 K 3409 nm rojo oscuro
3500 K 828 nm rojo
4000 K 724 nm rojo brillante
4500 K 644 nm naranja
5000 K 580 nm amarillo claro
5500 K 527 nm blanco2
6000 K 483 nm celeste claro
6200 K 467 nm azul claro
7000 K 414 nm azul3
12000 K 241 nm azul oscuro

En todos los casos, la luz que observamos es blanca, pero el color que percibimos es la de mayor intensidadmáx).

1 A 25 °C la luz visible es de una intensidad prácticamente nula, por lo tanto no la percibimos.

2 A 8000 K la luz tiene un máximo en el color verde, sin embargo, lo vemos blanco porque la intensidad de los otros colores es suficientemente alta como para que el color verde no predomine demasiado.

3 A 12000 K la luz tiene su máximo en el violeta, pero lo percibimos azul debido a que las intensidades no difieren mucho, y porque el azul se percibe más que el violeta.

 

El color que se observa del Sol se debe a la radiación de cuerpo negro. El Sol se encuentra a una temperatura de unos 5400 K, esto quiere decir que tiene un λmáx= 537 nm. La luz que proviene del sol es blanca, aunque levemente verde.

 

 

Temperatura del color

Como acabamos de ver, la radiación a una temperatura determinada genera un color determinado. Se podría pensar que hay una temperatura para cada color. Para ser más precisos, hay una temperatura para cada color con λmáx. Esto sólo es correcto cuando se habla de radiación de cuerpo negro, con los otros tipos de radiación, como la luminiscencia, no se cumple.

Por lo tanto, la temperatura de un color se define como la temperatura a la que debe estar un cuerpo negro para irradiar, por radiación de cuerpo negro, al λmáx del color en cuestión.

La temperatura del color es utilizada en fotografía para definir la luz del ambiente. Sin embargo, el color azul, que es de mayor temperatura, es un color frío. Mientras que el rojo, que es de menor temperatura, se denomina color cálido. En pintura también se hace esta distinción:

Ficha 6
Colores fríos y cálidos

No entraremos en detalles sobre el porqué de estas diferencias. Pero hay que dejar en claro que la temperatura del color se la define por el λmáx de la radiación de cuerpo negro. Una mejor calificación es definirlo por su energía de onda única o monocromática, E= hν = h/λ. A mayor λ, menor será la energía, y viceversa. Por lo tanto el azul tiene más energía que el rojo.

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