Cuerpo Negro y Espectro de Emisión, Diapositivas de Física

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CUERPO NEGRO Y

ESPECTRO DE

EMISIÓN

LEVET CANO RICARDO ANTONIO

ÁNGELES MORENO EMMANUEL

¿Qué es un cuerpo oscuro? ■ (^) Un cuerpo negro es un objeto teórico parecido a un agujero negro que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él, constituyendo un sistema físico idealizado para el estudio de la emisión de radiación electromagnética. ■ (^) Nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través del cuerpo negro. Lo que diferencia un cuerpo negro de la materia oscura es que el cuerpo negro absorbe y emite luz, mientras que la materia oscura no interacciona con la radiación electromagnética.

■ (^) El que no vuelva a salir la luz original por el mencionado orificio es simplemente debido a un truco geométrico, nada más, nada menos. Se trata del siguiente: si el haz incide con un pequeño ángulo, es muy improbable que vuelva a salir reflejado por la única abertura disponible, dado que esta es muy pequeña. ■ (^) Sin embargo, como decíamos, la cavidad se va calentando poco a poco y su energía es re-emitida por toda la superficie de manera homogénea y en muchas longitudes de onda (o frecuencias): visible, microondas, radio, ultravioleta, etc. ■ Todo cuerpo emite energía en forma de ondas electromagnéticas, incluso en el vacío. Sin embargo, la energía radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y corresponde a longitudes de onda más largas que las de la luz visible, (es decir, de menor frecuencia). Al elevar la temperatura no solo 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.

Modelos clásico y cuántico ■ (^) Las evidencias de que el modelo clásico hacía predicciones de la emisión a pequeñas longitudes de onda en abierta contradicción con lo observado llevaron a Planck a desarrollar un modelo heurístico que fue el germen de la mecánica cuántica. La contradicción entre las predicciones clásicas y los resultados empíricos a bajas longitudes de onda, se conoce como catástrofe ultravioleta.

Espectro de emisión ■ (^) se define como el conjunto de longitudes de onda emitidas por un átomo que se encuentra en estado excitado. Al emitir radiación electromagnética, el átomo excitado pasa a un estado energético inferior. ■ Cada elemento de la tabla periódica tiene un espectro de emisión único que se conoce como firma espectral , por lo que analizando el espectro de emisión de una sustancia podemos identificar los elementos que la componen.

Cómo se produce el espectro de emisión ■ (^) Los electrones de un átomo tienden a distribuirse de tal forma que la energía del átomo sea la menor posible. Este estado es el estado basal. ■ (^) Cuando un átomo recibe energía, por ejemplo calor, los electrones absorben la energía y suben a niveles energéticos superiores. El átomo pasa a estar en un estado excitado. ■ (^) Los diferentes niveles de energía están cuantizados. La energía del electrón no puede subir o bajar de forma continua sino a saltos entre niveles cuánticos. ■ (^) El estado excitado no es un estado estable para el átomo. Siempre va a tender al estado basal. Cuando un electrón vuelve a un nivel energético inferior, se libera un fotón, es decir, se emite la radiación electromagnética que formará el espectro de emisión.

Relación con el espectro de absorción ■ Del mismo modo que cada elemento emite determinadas longitudes de onda, cada elemento también absorbe sólo determinadas longitudes longitudes de onda. Las longitudes de onda absorbidas forman el espectro de absorción. ■ (^) El espectro de absorción y el espectro de emisión son complementarios. Las longitudes de onda que se absorben para subir a un estado excitado, son las mismas longitudes de onda que se emiten al volver al estado basal.