Imagen: Curva del espectro electromagnético de un cuerpo negro a diferentes temperaturas.
Como se puede observar en la imagen, la curva del espectro electromagnético de un cuerpo negro tiene una intensidad máxima que se desplaza hacia longitudes de onda cortas a medida que aumenta la temperatura del cuerpo negro. Por ejemplo, el cuerpo negro a 5000 K tiene una intensidad máxima en la región amarilla, mientras que el cuerpo negro a 4000 K tiene una intensidad máxima en la región roja y un cuerpo negro a 3000 K tiene una intensidad máxima en la región infrarroja. Crédito de la imagen: Wikipédia (dominio público).
En física, un cuerpo negro es un objeto ideal que absorbe perfectamente toda la energía electromagnética que recibe, sin reflejar ni transmitir ninguna. Esta absorción completa de la luz produce una agitación térmica (movimientos aleatorios de moléculas o átomos) que provoca la emisión de radiación electromagnética, conocida como radiación de cuerpo negro.
Estos movimientos son provocados por la temperatura del cuerpo negro. Cuanto mayor es la temperatura, más rápidos son los movimientos y mayor la agitación térmica.
Un objeto así no existe en la realidad, pero el concepto de cuerpo negro se utiliza como modelo teórico importante en termodinámica y física cuántica.
La ley de Planck describe la distribución de la energía electromagnética (o la distribución de la densidad de fotones) irradiada por un cuerpo negro a una temperatura determinada, en función de la longitud de onda.
La ecuación de Planck es la siguiente:
I(ν,T) = 8 π hν^3 / c^2 / (e^(hν / kBT) - 1) donde:
I(ν,T) es la intensidad de radiación por unidad de área, ángulo sólido y frecuencia.
ν es la frecuencia de la radiación
T es la temperatura del cuerpo negro
h es la constante de Planck
k es la constante de Boltzmann
es la velocidad de la luz
La ecuación de Planck predice que la curva del espectro electromagnético de un cuerpo negro tiene forma de campana, con intensidad máxima en una longitud de onda específica. La longitud de onda de máxima intensidad, λmax, viene dada por la ley de Wien: λmáx = hc / kBT
La ley de Planck fue un descubrimiento importante en física porque proporcionó una explicación cuantitativa para la observación experimental de que el espectro electromagnético de un cuerpo negro es una curva en forma de campana. Esta ley también tuvo un profundo impacto en el desarrollo de la mecánica cuántica, en particular con el trabajo de Max Planck (1858-1947), quien introdujo la noción de cuantos de energía para explicar la radiación de un cuerpo negro. La cantidad de radiación emitida por un cuerpo negro depende únicamente de su temperatura y longitud de onda.
La ley de Planck es aplicable a una amplia variedad de fuentes de radiación electromagnética, incluidas estrellas, nebulosas, hornos, lámparas incandescentes, láseres, diodos y también a semiconductores.
La ley de Planck es una ley fundamental de la física que tiene muchas aplicaciones prácticas.
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