Procedimiento didáctico para el estudio de la fórmula de Planck en carreras de ingeniería

Abstract

En este artículo se analiza la ley de distribución de energía en el espectro de la radiación del cuerpo negro, y la fórmula de Planck que la sintetiza, un descubrimiento revolucionario, que marca el nacimiento de la teoría cuántica. Se propone un procedimiento didáctico para el estudio de la fórmula de Planck en carreras de ingeniería, siguiendo la secuencia del ciclo de la creación científica: Hechos → Modelo-hipótesis → Consecuencias → Verificación experimental. Se ejemplifican los pasos metodológicos y los elementos esenciales de la idea básica de la cuantización de la energía, con notas históricas que facilitan la comprensión del fenómeno estudiado y el papel que jugaron los científicos en su determinación. Se consideran hechos iniciales: Las leyes de Kirchhoff, Stefan-Boltzmann y Wien, además de la fórmula de Rayleigh-Jeans y se desarrollan las ideas fundamentales que permitieron a Planck encontrar la solución teórica, que culmina en 1900 con la propuesta del cuanto de acción, expresado por la constante h que lleva su nombre. De la fórmula de Planck, se deducen las leyes antecedentes y se obtienen otras relaciones de importancia para la física y la química. Para cerrar el ciclo de la creación científica, se realiza la verificación experimental, con la medición de la radiación de fondo cósmico, que se comporta como la radiación de un cuerpo negro a una temperatura de 2,73 K. Se concluye con ejemplos de aplicaciones de la radiación térmica, que involucran algunos conceptos básicos de la elaboración teórica de Planck: Energía solar, recubrimientos térmicos y pirometría.