Cuerpo negro para niños
Un cuerpo negro es un objeto teórico muy especial que absorbe toda la luz y energía que le llega, sin importar de dónde venga o de qué color sea. Se le llama "negro" porque, al absorber todos los colores de la luz, no refleja ninguno, ¡así que se vería completamente negro!
Aunque absorbe toda la energía, un cuerpo negro también puede emitir energía en forma de luz y calor. Esto sucede porque la energía absorbida hace que sus partículas se muevan y vibren, y al hacerlo, liberan energía. La energía que emite un cuerpo negro se llama radiación de cuerpo negro. El científico Gustav Kirchhoff fue quien le dio este nombre en 1860.
Todos los objetos emiten energía, incluso los que están a temperatura ambiente. Sin embargo, la energía que emiten es muy poca y no la podemos ver, ya que son ondas de calor (infrarrojas). Cuando un objeto se calienta mucho, no solo emite más energía, sino que también cambia el tipo de ondas que emite. Por eso, un metal al calentarse primero se pone rojo, luego naranja, amarillo y finalmente blanco, porque empieza a emitir luz visible de diferentes colores. Los objetos no emiten energía de forma igual en todas las ondas, sino que siguen una regla llamada la ley de Planck.
La cantidad de energía que emite un objeto a una misma temperatura también depende de cómo sea su superficie. Por ejemplo, una superficie oscura o mate emite más energía que una brillante. Por eso, un filamento de carbón caliente emite más luz que uno de platino a la misma temperatura. La ley de Kirchhoff dice que si un objeto es bueno absorbiendo energía, también es bueno emitiéndola. Por eso, los objetos negros son excelentes absorbentes de calor y luz.
Contenido
¿Cómo se estudia un cuerpo negro?
Un cuerpo negro es un concepto ideal, pero los científicos pueden crear objetos que se parecen mucho a uno para estudiarlos en el laboratorio.
Cavidades aisladas: un ejemplo práctico
Una forma de crear un objeto que se comporte casi como un cuerpo negro es usando una cámara o caja cerrada con un agujero muy pequeño. Si la luz entra por ese pequeño agujero, rebota muchas veces dentro de la cámara. En cada rebote, una parte de la luz es absorbida por las paredes. Después de muchos rebotes, casi toda la luz que entró ha sido absorbida. Por eso, el agujero se ve muy negro. Sin embargo, si la cámara está caliente, el agujero también emitirá luz y calor como un cuerpo negro. La luz que sale de este agujero depende de la temperatura del interior de la cámara.
Materiales muy oscuros
Los científicos han creado materiales que son extremadamente buenos absorbiendo luz, casi como un cuerpo negro.
- Una aleación de fósforo y níquel (NiP) es una de las sustancias más oscuras conocidas. Fue creada por investigadores en la década de 1980 y mejorada en Japón en 1990. ¡Solo refleja el 0.16% de la luz visible! Esto es 25 veces menos que la pintura negra normal.
- En 2008, se creó un material con nanotubos de carbono que es aún más absorbente. ¡Solo refleja el 0.045% de la luz! Es el material más oscuro hecho por el hombre hasta ahora.
Cuerpos reales y la aproximación de cuerpo gris
En la vida real, ningún objeto es un cuerpo negro perfecto. Los objetos reales emiten solo una parte de la energía que emitiría un cuerpo negro ideal a la misma temperatura. A esta fracción se le llama emisividad. La emisividad de un material puede cambiar según el tipo de luz, la temperatura, si la superficie está pulida o sucia, y el ángulo desde el que se mira.
A veces, para simplificar, los científicos usan la idea de un cuerpo gris. Un cuerpo gris es como un cuerpo negro, pero con una emisividad constante que es menor que 1 (la emisividad de un cuerpo negro ideal es 1). Esto significa que un cuerpo gris no absorbe toda la luz que le llega, y por lo tanto, también emite menos energía que un cuerpo negro perfecto. La Ley de Kirchhoff nos dice que si un objeto no absorbe toda la radiación, tampoco emitirá tanta.
¿Dónde vemos los cuerpos negros en el universo?
El concepto de cuerpo negro es muy útil en la astronomía:
- Las estrellas emiten luz de una manera muy parecida a la de un cuerpo negro. La temperatura que se calcula a partir de esta emisión se llama Temperatura Efectiva y es muy importante para entender cómo son las estrellas.
- La radiación cósmica de fondo de microondas, que es un eco del Big Bang (el inicio del universo), se comporta casi exactamente como la radiación de un cuerpo negro. Las pequeñas diferencias en esta radiación nos dan pistas importantes sobre cómo era el universo cuando era muy joven.
- La radiación de Hawking es la radiación de cuerpo negro que se cree que emiten los agujeros negros.
- El gas, el polvo cósmico y los discos que forman nuevos planetas también emiten energía como cuerpos negros, especialmente en las ondas infrarrojas y milimétricas. Estudiar esta emisión ayuda a los científicos a buscar nuevos sistemas planetarios.
Galería de imágenes
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Comparación entre la luz emitida por el Sol (amarillo) y la curva teórica de un cuerpo negro (gris) a 5777 K, una temperatura similar a la de la superficie solar.
Véase también
En inglés: Black-body radiation Facts for Kids
