E7_Radiación de cuerpo negro y Ley de Stefan-Boltzmann .pdf

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1. Radiación de
cuerpo negro y
Ley de
Stefan-Boltzmann
Integrantes:
●Montiel Hernández Diego
●Otero Valle Ana Rosario
●García Serrano Edgar Charbel
●Ríos Barba Gustavo

2. Objetivos
●Explicar la ley de Stefan-Boltzmann así como conocer por medio de las
principales ecuaciones involucradas las variables y condiciones de las que
depende el fenómeno que describe la ley.
●Conocer los antecedentes históricos y científicos de la radiación de cuerpo
negro y como el estudio de este propicio el descubrimiento de nuevo
conocimiento en otros ámbitos de investigación.
●Relacionar la ley de Stefan-Boltzmann y la radiación de cuerpo negro con el
inicio de la física cuántica.

3. El cuerpo negro y la catástrofe ultravioleta
A simple vista, pareciera que los cuerpos no son capaces de emitir ningún tipo de luz
por sí mismos, sin embargo, recordando que los átomos se encuentran en un
constante movimiento, los cuerpos son capaces de generar “luz” en forma de
Radiación Térmica, la cual según su naturaleza cuántica, depende solo de la
temperatura del cuerpo.
La temperatura de un cuerpo tiene influencia en la longitud de onda emitida por un
cuerpo, siendo que entre mayor temperatura, menor longitud de onda emitida. Un
cuerpo en temperatura ambiente (25° C aprox) produce radiación térmica con una
longitud de onda grande, que corresponde a la región del infrarrojo, lo cual explica
que el ojo humano sea incapaz de ver la luz emitida por el cuerpo.

4. Planck's blackbody curves for various temperatures and comparison with the
classical Rayleigh-Jeans theory. (2015).Black_body_es.svg

5. Un Cuerpo Negro es un objeto físico
ideal, el cual es capaz de absorber
toda la radiación incidida sobre el,
por lo que la radiación estudiada en
este cuerpo es unicamente la que el
cuerpo emite por su temperatura.
A finales del siglo XIX e inicios del
siglo XX, los físicos teóricos se
preguntaban cómo sería la radiación
emitida por este cuerpo.
Varios físicos buscaron la respuesta a
esta pregunta, siendo la más
acercada la ley de Rayleigh-Jeans:


Graphical representation of a blackbody being irradiated by electromagnetic
radiation. (2013.).
https://weblab.deusto.es/olarex/cd/kaernten/BBR_ES_new_27.09.2013
/3.jpg

6. La ley de Rayleigh-Jeans, sin embargo, no era capaz de explicar completamente los
resultados experimentales obtenidos. La ley de Rayleigh-Jeans estaba apegada a los
conceptos de la física clásica, esta ley considera que la energía necesaria para producir
diferentes longitudes de onda eran la misma y que la intensidad de la radiación térmica
depende de la frecuencia de la radiación, sin embargo, aunque la ley funcionaba bien para
frecuencias bajas, cuando se intentaba trabajar con frecuencias altas se predecía que a
medida que la frecuencia aumentaba la cantidad de radiación emitida por el cuerpo
negro aumentaría infinitamente. A este problema se le conoce como la catástrofe
ultravioleta. La solución a este problema sería descubierta por Max Plack, introduciendo
la idea de los cuantos, proponiendo que la energía no se emite de forma continua, si no
que en pequeños paquetes de energía.

7. Ley de Stefan-Boltzmann
En 1879, Josef Stefan descubrió empíricamente que la potencia total radiada por unidad de área de un cuerpo negro
aumenta como la cuarta potencia de su temperatura absoluta. Este hallazgo fue confirmado en 1884 por Ludwig
Boltzmann, quien derivó la ley de forma teórica a partir de la termodinámica.

Establece que toda materia que no se encuentra a una temperatura infinita emite dos radiaciones térmicas. Estas
radiaciones se originan a partir de la energía térmica de la materia limitada por la superficie más baja por la que
fluyen, la velocidad a la que libera energía por unidad de área (W/m2) se denomina la potencia emisiva superficial E.
Hay un límite superior para la potencia emisiva.
Esta ley no es más que la integración de la distribución de Planck de todas las longitudes de onda:

8. Experimento del cubo de Leslie

En el experimento se calienta un cubo de Leslie dotado
de, una superficie negra, una blanca, una mate y una
brillante, hasta una temperatura de 100°C llenándolo
de agua y se mide la temperatura irradiada en una
medición relativa utilizando una termocupla según
Moll. Los valores de medida para las cuatro superficies
diferentes se siguen durante todo el proceso de
enfriamiento hasta llegar a la temperatura ambiente.
Después de registrar los valores de medida en función
de la magnitud x = T^4 – T^4o se obtienen cuatro
rectas que pasan por el origen y cuyas pendientes
corresponden a los diferentes poderes de absorción de
las superficies

9. Ley de Stefan-Boltzmann (Aplicaciones)
●Primera determinación de la temperatura del Sol
●Las temperaturas y radios de las estrellas
●La temperatura de la Tierra
●Nano cuerpos negros de oro recubiertos de polidopamina para daño
térmico espacial selectivo de tumores Durante la Fototermia Plasmónica
Terapia contra el cáncer

10. Nano cuerpos negros de oro recubiertos de
polidopamina para daño térmico espacial
selectivo de tumores Durante la Fototermia
Plasmónica Terapia contra el cáncer
Las nanopartículas se administran a un tumor mediante inyección
intratumoral o intravenosa. Luego, el tumor se irradia con radiación
infrarroja. lo que resulta en la disipación de calor en el tumor. A una
temperatura superior a 42-44 ◦C se produce daño en el ADN,
desnaturalización de proteínas y rotura de la membrana celular, lo que
destruye los tejidos tumorales.

11. Conclusiones
El estudio de los cuerpos negros fue y es hasta la fecha de hoy de bastante
importancia, ya que por medio del estudio de este se originaron nuevas aplicaciones
y conocimientos en diversos campos de aplicación, esto en parte por medio del
desarrollo de la ley de Stefan-Boltzmann, la cual nos brinda un mayor margen de
entendimiento en lo que se refiere a las propiedades de un cuerpo negro