Ojocientífico.com 14/07/13

¿Has escuchado hablar de la radiación del cuerpo negro? Te invito a conocer en qué consiste, algunas de las cosas cotidianas en las que está presente, y un poco más de física cuántica y el efecto fotoeléctrico.

La radiación del cuerpo negro consiste en la luz que emite todo cuerpo caliente, tal como una estrella, el carbón que arde rojo incandescente en una estufa, la resistencia de una cocina eléctrica, entre otras cosas. La radiación del cuerpo negro llevó al desarrollo de las ciencias físicas y a una ruptura con los conceptos clásicos de la mecánica.

Además, la radiación del cuerpo negro es el principio del rayo laser e igualmente del efecto fotoeléctrico. Este último se emplea en los detectores de movimiento que tienen las puertas de los supermercados y los bancos como mecanismo para hacer que sus puertas se abran solas ante la presencia de una o más personas.

Dependencia con la temperatura

Hacia el 1900, Max Plankc desarrolló una teoría moderna para la época que revolucionó la idea que se tenía del mundo, cuyo andamiaje eran los trabajos que Isaac Newton realizó, en los que descansaba toda la física que actualmente se denomina clásica. De esa teoría de Planck, nació la física cuántica.

Cuando calentamos un objeto metálico como por ejemplo una cuchara, después de un intervalo breve de tiempo podemos sentir como su temperatura aumenta. Esto ocurre porque la cuchara está radiando energía, o sea que está emitiendo calor, puesto que se encuentra en la zona infrarroja del espectro electromagnético, una región de baja energía.

Si continuamos suministrándole calor, la cuchara comenzará a emitir una luz roja débil; con un poco más de calor se verá anaranjada y con más calor, se verá amarilla. De este modo vemos que la radiación del cuerpo negro depende solo de su temperatura.

El cuanto de energía pendiente de su frecuencia

El experimento de la doble rendija de Young y las ecuaciones de Maxwell, habían destronado la Teoría Corpuscular de Newton. Todo estaba bien explicado, se creía que tanto la materia como la energía eran continuas. En aquella época se tenía la creencia de que un cuerpo caliente emitía energía con un ritmo infinito y que la intensidad de la emisión era la misma para todas las frecuencias.

Max Planckc supo explicar que cualquier onda solo podía emitirse en cantidades discretas y que cada cuanto poseía una energía que dependía de su frecuencia, y como la frecuencia no puede ser infinita, su energía tendría que estar limitada y la radiación sería emitida de manera finita, por lo cual, el cuerpo emisor perdería energía.

La idea de Plankc era muy revolucionaria y pudo explicar la radiación del cuerpo negro para todas las frecuencias. La energía ya no era continúa, sino que emitida en paquetes que Plankc llamó cuantos. Pero, ¿ cómo afectó esto al fenómeno de la luz que se suponía contínua? Había otro fenómeno que tenía desconcertado a los físicos, el efecto fotoeléctrico.

Energía necesaria para mover electrones

En 1902, Philip Lenard se dio cuenta que la energía de los electrones expulsados por la onda, no dependía de la intensidad total de la luz, sino de su frecuencia. Albert Einstein supo explicar que la luz estaba formada por partículas que llamo fotones, así la energía necesaria para desplazar un electrón y producir electricidad, dependía del cuanto que portaba el fotón y no de la intensidad total de la luz emitida, lo que pudo explicar el comportamiento corpuscular de la luz.

Si las ondas y partículas no podían explicar ciertos fenómenos de la luz, pero explicaban otros que uno de los dos no lo hacía. Entonces la luz tenía doble comportamiento, eran ondas y partículas.