El término cuerpo negro se refiere en el ámbito de la física a un objeto ideal que absorbe todas las radiaciones electromagnéticas sin reflejar ninguna.
Aunque no existe un cuerpo negro perfecto en la naturaleza, materiales como el carbono y el tungsteno presentan características que se acercan a este concepto.
Este fenómeno es fundamental para entender la radiación térmica y el comportamiento de la energía en diferentes contextos.
Fís. El que absorbe todas las radiaciones sin reflejar ninguna. No tiene existencia real, aunque el carbono y el tungsteno se le aproximan.
Se sugiere leer también la definición de: cuerpo2º artículo
Una parte de la energía radiante o Radiación que incide sobre un cuerpo opaco, atraviesa su superficie y es absorbida en el interior del mismo. Análogamente, si al calentarlo se origina la misma clase de energía, escapa de él a través de la superficie una fracción igual a la antes dicha. Así lo expresa la ley de Kirchhoff, que dice que las cantidades de energía absorbida o emitida por un cuerpo en idénticas condiciones son iguales. El cuerpo negro, nombre que se da al radiador perfecto, será por tanto un absorbente perfecto y ha de aparecer como totalmente negro. Esta calidad de «negro» debe aplicarse a todas las longitudes de onda del espectro y no solamente a su región visible. Ninguno de los materiales conocidos es perfectamente negro, pero puede construirse una aproximación suficiente practicando en un cuerpo opaco una cavidad, cuyo interior puede observarse a través de un pequeño orificio en una de sus paredes. Estas dan, por reflexión repetida y emisión, una radiación que a efectos prácticos puede considerarse como la ideal del cuerpo negro. La cavidad puede ser de cualquier tamaño y forma y estar formadas sus paredes por diversos materiales con diferentes acabados superficiales, pero han de encontrarse en su totalidad a la misma temperatura. Este tipo de radiador es de la máxima importancia teórica y práctica ya que permite al físico estudiar las leyes de la radiación en condiciones ideales.
La ley de la distribución, de Planck, para la radiación del cuerpo negro consiste en una ecuación que describe cómo se distribuye, entre las diversas longitudes de onda del espectro, la energía radiante emitida durante un segundo por un cuerpo negro que se halla a una temperatura dada. Véase Planck, Max; Cuántica, Teoría.
La fórmula de Planck se escribe:
siendo X la longitud de onda en micrones (v. Sistema métrico); T, la temperatura absoluta o Kelvin (v. Cero absoluto, Temperatura absoluta), e la base de los logaritmos naturales; h la constante de Planck; k la de Boltzmann y c la velocidad de la luz en el vacío.
O sea:
microvatios por cm2 y por 0,01 p de extensión zonal del espectro.
La gráfica adjunta da Eλ para cada longitud de onda en un cuerpo negro a la temperatura de 1000 °K. La intensidad máxima de radiación corresponde a una longitud de onda relacionada con la temperatura T por la siguiente expresión:
λmT = 2897,2 micrones grados
Si, por ejemplo, se desea que la máxima intensidad de radiación corresponda a la longitud de onda de 3 µ, la temperatura del radiador debe ser de 965,7 °K. Otro tipo de máximo, de interés en ingeniería, es el rendimiento máximo en una longitud de onda λe para
un consumo de energía prefijado, que viene dado por la expresión:
λeT = 3668,9 micrones grados
De acuerdo con ella, un radiador perfecto dará el rendimiento energético máximo en la longitud de onda de 3µ cuando se encuentre a la temperatura de 1223,0 °K.
En procesos tales como la fabricación y el tratamiento térmico de los aceros, se observa el interior del torno con un Pirómetro óptico, mediante el cual se compara el brillo de las paredes de aquél con el de una lámpara que lleva el instrumento. El filamento de esta lámpara puede ser de volframio que está muy lejos de ser un radiador perfecto o cuerpo negro, pero tal inconveniente se salva calibrándolo, respecto a la temperatura, por comparación con un cuerpo negro que se emplea invariablemente como patrón a estos efectos.
En Fotometría el patrón de color para las lámparas de incandescencia corresponde a la temperatura absoluta de un cuerpo negro que radia luz del mismo color apreciado visualmente. Por definición convencional, la intensidad luminosa de un centímetro cuadrado de platino a su temperatura de fusión, 2046 °K, equivale en la dirección normal a sesenta bujías; su sesentava parte es actualmente el patrón internacional denominado bujía. La observación se hace no sobre el propio platino, sino sobre el fondo de un tubo de material refractario sumergido en el platino fundido; dadas las condiciones experimentales en que se realiza, ello constituye prácticamente una observación del cuerpo negro. Por este motivo resulta un tipo muy conveniente de patrón ya que la composición espectral de la luz que emite puede calcularse mediante la ecuación de distribución de Planck, haciendo T = 2046 °K. Se emplea el platino porque no se altera aun después de fusiones repetidas y porque su punto de fusión o de solidificación en las condiciones de laboratorio se conoce con gran exactitud.
