La radiación electromagnética que emiten los cuerpos negros estando, a una temperatura concreta, en equilibrio térmico, está abarcada en la ley de Planck.
La ley de Planck es un contenido muy empleado, importante y necesario en el ámbito de la física. Lleva, en su denominación, el apellido de un destacado físico y profesor de origen alemán llamado Max, a quien le debemos el hallazgo de la constante de Planck, por ejemplo. En reconocimiento a sus valiosos aportes (especialmente por sus contribuciones en materia de teoría o mecánica cuántica), a esta figura nacida en 1858 y fallecida en octubre de 1947 le concedieron, en 1918, el Premio Nobel de Física.
Cabe destacar, a modo de síntesis para luego ir incorporando información, que este principio hace alusión a la intensidad de radiación de cuerpo negro. En este marco, la temperatura alcanzada por un cuerpo negro resulta clave ya que incide sobre el espectro de frecuencia, el cual trepa a valores más altos en función del incremento térmico: por encima de los quinientos grados centígrados, específicamente, un cuerpo negro llega a emitir una gran cantidad de luz visible. Una exposición a temperatura ambiente, en tanto, provoca que la emisión, casi en su totalidad, se ubique en la zona infrarroja del denominado espectro electromagnético.
Es interesante remarcar, asimismo, que la ley de Planck posee puntos de contacto y lazos tanto con la ley de desplazamiento, aproximación o fórmula de Wien como con la ley de Stefan-Boltzmann (orientada a la potencia emisiva hemisférica total de la radiación térmica emitida por un cuerpo negro). En el rango límite de las frecuencias bajas, en cambio, hay coincidencias entre ella y la ley o fórmula de Rayleigh-Jeans.
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ResumenConceptos clave de la ley de Planck
Para comprender en profundidad en qué consiste la ley de Planck y poder llegar a aplicarla de manera adecuada es esencial tener en claro la definición de varios conceptos clave.
Es imprescindible saber, en primer término, qué y cómo es un cuerpo negro. Esta expresión, según se advierte al repasar la teoría, refiere a un cuerpo físico de carácter ideal capaz de absorber por completo, independientemente del ángulo de incidencia y de la frecuencia que tenga, la energía electromagnética incidente. Esta absorción absoluta que atrapa a cada uno de los colores que llegan a la superficie explica por qué el cuerpo se considera “negro”. Como resultado de este fenómeno, además, surge radiación térmica. La labor del físico Gustav Robert Kirchhoff (cuyo nacimiento se produjo en 1824 y su muerte, en 1887) fue sumamente relevante para avanzar en el segmento de la teoría cuántica en función de los saberes acumulados acerca de la radiación del cuerpo negro.
Aprendiendo al respecto se consigue estimar la energía emitida por estrellas y planetas aunque no estén en equilibrio térmico. Conociendo las particularidades de los cuerpos negros se puede establecer que en esta categoría aparecen (con un rango casi de perfección) los agujeros negros, cuya masa influye en la emisión a cierta temperatura de la identificada como radiación de Hawking.
Por último, es enriquecedor instruirse sobre la cuantización de la energía, un fenómeno que permite entender y descubrir numerosas propiedades típicas de los átomos. Aprovechando los aportes de Planck (apellido que también está reconocido en la unidad definida como tiempo de Planck y en la longitud de Planck) sobre este tema, Albert Einstein pudo ofrecer una explicación en torno al efecto fotoeléctrico (fenómeno detectado por el físico alemán Heinrich Hertz pero explicado a nivel teórico por Einstein, el impulsor de la mundialmente conocida teoría de la relatividad).
Max Planck y Albert Einstein fueron figuras destacadas de la ciencia cuyos aportes profesionales se complementaron.
Aplicaciones
La ley de Planck se aplica en múltiples ámbitos, investigaciones y disciplinas, tal como se desprende de la realidad.
A los expertos en cosmología, por indicar un caso concreto, les sirve para estudiar la radiación cósmica de fondo (imprescindible al momento de querer apreciar rastros del Big Bang, la colosal explosión que marcó el inicio del universo), mientras que en física clásica ha surgido como solución frente a un fallo, relacionado al electromagnetismo, que ha sido bautizado como catástrofe ultravioleta. Es determinante, incluso, para el espectro de emisión propio del sol.
También, dicen aquellos que dominan el tema, interesa en el campo de la espectroscopía y es una gran aliada de las mediciones de tipo experimental que llevan a cabo quienes se dedican a la astrofísica y es importante para desarrollos tecnológicos, por sumar otras referencias.
Max Planck hizo un gran trabajo para darle impulso a la mecánica cuántica.
Ley de Planck y teoría cuántica
A fines de 1900, meses después de que Max Planck hallara la ley espectral de la radiación del cuerpo negro que salió a la luz una temporada más tarde, fue expuesta en la Sociedad Alemana de Física la constante de Planck (útil para poder determinar cuál es la energía que tiene un fotón).
La popularmente llamada ley de Planck, con el tiempo, se transformó en uno de los pilares de la teoría cuántica. En este contexto cobró fuerza la idea de una energía electromagnética que se encontraba cuantizada, segmentada en una serie de unidades de orden discreto mencionadas como cuantos.
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