El cuerpo negro

Hemos oído muchas veces este término, tan importante en el mundo de la iluminación y sobre todo en la iluminación natural…pero ¿tenemos claro de dónde viene y lo que significa?

Simplifiquemos

Un chiste muy popular entre físicos habla de un granjero que tiene problemas con una vaca, que no consigue dar leche. Para solucionarlo contrata a su primo, un físico. Tras semanas de duro trabajo y complejos cálculos, por fin se presenta en la granja y le dice: ya tengo la solución…pero de momento solo funciona para una vaca esférica sin rozamiento.

Más allá de si el chiste es bueno (¡lo es!), se resume muy bien la forma de actuar de la Física: partir de modelos simples que explican ciertos principios básicos, y después ir haciéndolos más complejos para poder explicar los fenómenos más profundamente.

Casi todos los modelos de la física parten de estos conceptos simples. El cuerpo negro es uno de ellos.

BlackBody3

En la imagen anterior vemos la radiación del Sol en las capas exteriores de nuestra atmósfera (naranja) y la del cuerpo negro a 5777K (gris). Se parecen ¿no?. Definitivamente para ciertos cálculos y previsión de comportamientos nos podría valer.

¿Qué es el cuerpo negro?

Todo cuerpo, por el hecho de estar a una temperatura mayor que el cero absoluto, emite energía en forma de radiación electromagnética. Sin embargo más allá de esta radiación propia, los cuerpos también reflejan, absorben y reemiten otras radiaciones externas.

Si pudiéramos eliminar todas esas interacciones externas ¿cómo sería la radiación emitida por un cuerpo debido exclusivamente a su temperatura? Esta pregunta dio lugar al concepto del “cuerpo negro”, la vaca esférica de la iluminación, una idea muy simple, pero a la vez tremendamente útil.

La forma de esa radiación cumple dos principios:
. Cuanto mayor es la temperatura, más radiación emite (Ley de Stefan-Boltzmann).
. Cuanto mayor es la temperatura, su espectro se va desplazando a frecuencias mayores (Ley de Wien).

CuerpoNegro

Como ejemplo, asumiendo el cuerpo humano como un cuerpo negro a unos 37C (310K), obtendríamos que emitimos una radiación de unos 100W, con máximos en el infrarrojo.

Sin embargo lo interesante empieza con temperaturas más altas, en concreto a partir de 500K, cuando la radiación emitida ya presenta componentes en la zona del espectro visible.

¿Por qué es importante en el mundo de la iluminación?

Más allá de las muchas aplicaciones del cuerpo negro (por ejemplo para determinar temperaturas de planetas y estrellas en función de su espectro), existen dos aplicaciones directas en el mundo de la iluminación.

La primera de ellas es determinar la Temperatura de Color Correlacionada (CCT) de una fuente de luz. Para ello, simplemente se compara el espectro resultante de esa fuente con el de diferentes cuerpos negros, y aquel que más se le parece es el elegido para determinar su CCT.

Como hemos comentado, cuanto más caliente está un cuerpo mayor es la frecuencia de la radiación emitida: un cuerpo negro a una T de unos 6000K emite una luz con tonos azules, mientras que a 3000K emite tonos más rojizos (menor frecuencia).

Si alguien se ha preguntado alguna vez por qué en iluminación usamos el término “cálido” para temperaturas menores que las “frías”, esa es la explicación.

Planck

La segunda aplicación directa -más controvertida- es relativa a la capacidad de reproducir fielmente los colores de una fuente de luz, dado que precisamente es el cuerpo negro a diferentes temperaturas el utilizado como patrón para fuentes con una CCT menor de 5000K.

Sin embargo, en esto último surgen preguntas como qué son los colores y qué significa “reproducirlos fielmente”. Este tema sin duda da para mucho… y de ello hablaremos en próximos artículos.

 

* Imágenes: wikipedia.org

Autor

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David Rodríguez

Dtor. Operaciones Lledó Energía.

Licenciado en Ciencias Físicas e Ingeniero en Electrónica. WELL AP.

Profesional desde 2003 en soluciones de aprovechamiento de la energía del Sol con sistemas térmicos, fotovoltaicos y de iluminación natural.

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