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C u e r p o
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o r g e N N e g r o
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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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Cuerpo Negro
IT S I V LA E D ANTES
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¿Por qué se ven los objetos?_________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ ¿Por qué las esmeraldas se ven de color verde? ¿Por qué la leche es blanca?__________________________ __________________________________________________________________________________________________ ¿Por qué en la oscuridad no vemos los objetos?_______________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 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. __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ El espectro emitido por un cuerpo negro, ¿es continuo o discontinuo?____________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 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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IT S I V LA E T N A DUR
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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 _____________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ Sin abrir la caja, mira a través del orificio el interior de la caja, ¿de qué color ves el interior? ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ Abre la tapa y mira en el interior; ¿te lo imaginabas de ese color?___________________________________ ____________________________________________________________________________________________ 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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Cuerpo Negro
TA I S I V A L E D S DESPUÉ Explica lo que has observado en la visita al módulo.____________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ Cuando decimos "se ve de color negro", ¿es correcta esa expresión?______________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Si aumentásemos el diámetro del orificio de la tapadera, ¿se seguiría viendo negro el interior?_______________ _________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ ¿Por qué la pupila es negra?_________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 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? _________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ En invierno solemos utilizar ropa más oscura que en verano ¿tendrías una explicación para esta costumbre? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ ¿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. _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 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? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ En los colores del espectro visible (arco iris) no aparece ni el blanco ni el negro; ¿por qué? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ ¿Por qué razón las estrellas más calientes son las que tienen un color blanco-azulado mientras que las más frías son las rojizas? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 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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Cuerpo Negro
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S E D A D IOSI
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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