El cos negre

S’anomena cos negre o cavitat radiant a una cavitat tancada, a temperatura constant, que absorveix tota la radiació que emet. Un forn tancat és una bona aproximació a un cos negre, i l’espectre de longituds d’ona de la radiació en el seu interior pot determinar-se amb bona aproximació mesurant l’espectre de longituds d’ona del feix de radiació que surt del forn per un petit orifici que fem a la paret.

L’espectre d’una ona en un recinte tancat depèn de les condicions inicials, és a dir de la font. Tot i això, en una cavitat radiant els processos d’emissió i absorció de radiació per les parets modifiquen continuament aquest espectre mentres no arribem a l’estat d’equilibri.

Es precisament quan assolim aquest equilibri, quan parlem de cos negre. Com es pot veure, el concepte de cos negre implica un tractament estadístic.

Per a les ones electromagnètiques, l’energia de la ona és proporcional al quadrat de la seva amplitud. Fixar l’amplitud d’una ona és equivalent a proporcionar el valor de la seva energia. Particularment, determinar l’espectre d’una ona és equivalent a determinar l’energia associada a cada mode normal de vibració. Planck va poder explicar la distribució d’energia en l’espectre de vibració del cos negre associant a cada mode normal de vibració de les ones electromagnètiques de l’interior de la cavitat radiant una energia proporcional a la freqüència de vibració del mode. En conseqüència, va suposar que l’energia només podia pendre aquells valors que siguin múltiples sencers de hf, sent f la freqüència de radiació i h una constant, anomenada constant de Planck.

A l’energia de cada mode de vibració Planck els anomenà quanta d’energia.