Cuerpo negro

Un cuerpo negro (en inglés, black body) es un cuerpo ideal que absorbecompletamente la radiación electromagnética de cualquier longitud de onda. No hay reflexión ni transmisión a través de él.

Un cuerpo negro irradia para cada longitud de onda la energía máxima posible de cualquier cuerpo negro. La intensidad de la radiación no depende del ángulo. El cuerpo negro constituye la base para comprender los principios físicos de la tecnología de medición de temperatura sin contacto y para calibrar dispositivos absorbentes.

Las leyes de radiación del cuerpo negro

La ley de radiación de Planck describe la radiación espectral específica Mλs emitida por un cuerpo negro al semiespacio en función de su temperatura T y de la longitud de onda observada λ. Y por lo tanto representa el vínculo más básico para la medición de la temperatura sin contacto.

El máximo de la radiación espectral específica se desplaza hacia longitudes de onda más cortas al ir aumentando la temperatura. Se puede derivar una gran variedad de otras relaciones, dos de las cuales se mencionan brevemente a continuación.
Integrando la intensidad de radiación espectral por todas las longitudes de onda desde cero hasta el infinito, se obtiene el valor de la radiación total emitida por el cuerpo. Esta relación se denomina →ley de Stefan-Boltzmann.

MλS = σ · T4 [W · m-2] con σ = 5,67 · 10-8 [Wm-2T-4]

La radiación total emitida por un cuerpo negro en todo el rango de longitud de onda, es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.
En la representación gráfica de la ley de radiación de Planck se puede observar que la longitud de onda a la que la radiación emitida por un cuerpo negro llega al máximo, se desplaza a medida que cambia la temperatura. La llamada ley de desplazamiento Wien describe esta relación y se puede deducir de la ecuación de Planck por diferenciación. La longitud de onda, en la que se halla el máximo de radiación, se desplaza al aumentar la temperatura hacia el sector de onda corta.

λmax · T = 2898 µm · K

Estructura del cuerpo negro

La estructura de un cuerpo negro es, en principio, muy simple. Un cuerpo hueco que se puede calentar y que tiene un pequeño orificio en un extremo. Se caliente este cuerpo hasta una cierta temperatura y se alcanza el equilibrio termodinámico en su cavidad. A continuación, por el orificio emerge la radiación negra ideal de la temperatura ajustada. En función del rango de temperatura y del uso previsto, la estructura un cuerpo negro semejante depende tanto del material como de la disposición geométrica. Por ejemplo, si el orificio en la pared es muy pequeño en comparación con la superficie total, la perturbación del estado ideal podría considerarse insignificante. Se mira este orificio con una sonda de medición, de manera que la radiación térmica de salida se puede considerar radiación negra, y, por lo tanto, se puede calibrar el dispositivo de medición.

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