En ocasiones anteriores hemos hablado de los fotones y su presencia en el universo según la teoría del Big Bang y de que no pueden viajar más rápido que la luz.
Por eso hoy quiero centrarme en hablar de la ecuación de estado del gas de fotones para ayudarte con tu tarea.
El fotón es una partícula cuántica que surge de las oscilaciones u ondas electromagnéticas. Este afirmación nos permite saber que el fotón es portador de energía o radiación electromagnética.
Albert Einstein fue quien se dio cuenta del descubrimiento de Max Planck acerca de que si el cuento tiene energía -de acuerdo a la Teoría de la relatividad-, tiene momento lineal, con lo cual pasa a ser una partícula independiente.
En el fenómeno del salto cuántico, un electrón puede alejarse o acercarse a su núcleo atómico. Si se aleja, el átomo absorbe un fotón y si se acerca, emite un fotón con su cuanto de energía correspondiente.
Cada fotón existe de forma independiente de los demás, llevando consigo su cuanto de energía correspondiente, lo que nos da la libertad de considerar una cantidad de ellos como un gas -el gas ideal de fotones-
En tal caso, el fotón es una partícula elemental, de espín cero, un bosón que no obedece al principio de exclusión de Pauli, a diferencia de los fermiones, que tiene espín semi entero y si obedece a este principio.
Ecuación de estado del gas de fotones
En esta ecuación, la presión no depende del volumen que contiene al gas, de modo que si encerramos el gas fotónico en un recipiente -tal como un cilindro- y comenzamos a comprimirlo con un pistón, la presión no aumenta ni tampoco disminuye debido a que el número de fotones no se conserva, pues desaparecen al ser absorbidos por las paredes del recipiente mientras reducimos el volumen, y reaparecen cuando lo aumentamos al retirar el pistón, llevándolo a su lugar original.
P = 1/3aT4a = 1,917x10 -15 erg/cm3xgrad4
En la ecuación se puede observar que un cuerpo en emisión y absorción de radiación, a una temperatura constante (equilibrio térmico), es justo la radiación del cuerpo negro, pudiendo analizarla desde el punto de vista del gas de fotones o campo de radiación.
Puesto que los fotones no colisionan unos con otros, su equilibrio térmico se alcanza mediante la absorción y emisión de los mismos, por las paredes del recipiente que los contiene durante la reducción e incremento del volumen en que están contenidos.
Con la misma explicación se puede demostrar la conservación de la energía; si la pared del recipiente absorbe cinco fotones, debe radiar cinco, manteniendo el equilibrio térmico y la conservación de la energía.
