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En física, un cuerpo negro es una idealización de un objeto que absorbe y emite radiación de manera perfecta. Una aproximación experimental a un cuerpo negro es un pequeño agujero en la frontera de una cavidad cuyas paredes tienen una temperatura T. Las primeras aproximaciones al problema del calculo de la radiación emitida por un cuerpo negro fueron generadas por Rayleigh, Jean, Wien yBoltzmann, lo cuales le dieron un enfoque clásico a su análisis. Sin embargo estos modelos fallaron al compararlos con resultados experimentales en frecuencias altas. Esto se resolvió con la idea de cuantización de energía de Max Planck. Con la cual la radiación de cuerpo negro dio lugar al nacimiento de una nueva rama de estudio en la física, la mecánica cuántica.
Cavidad 3D

Un cuerpo con una cavidadinterior que se comunica con el exterior por un pequeño agujero se comporta como un cuerpo negro ya que la radiación del exterior que incide sobre el agujero, penetra en la cavidad y rebotará hasta ser absorbida eventualmente por las paredes. Toda la radiación que entra en el agujero es absorbida, por tanto, el agujero tendrá las propiedades de la superficie de un cuerpo negro. De igual forma,cuando las paredes de la cavidad se calientan hasta una temperatura T, las paredes emitirán radiación térmica que llenará la cavidad y al medir la radiación que salga a través del agujero, deberá tener un espectro de cuerpo negro ya que el agujero posee las características de la superficie de un cuerpo negro. Y como el agujero solo muestra la radiación que existe dentro de la cavidad, es evidente quedentro de la cavidad, también la radiación debe ser de un espectro de cuerpo negro. De hecho, debe de tener el espectro de cuerpo negro característico de la temperatura T, ya que solo esa temperatura caracteriza al sistema. El espectro emitido por el agujero en la cavidad, se especifica en términos del flujo de energía R T (ν). Sin embargo, resulta más útil especificar el espectro de la radiacióndentro de la cavidad, llamada radiación de la cavidad, en términos de una densidad de energía, ρ(ν) T , que se define como la energía contenida en una unidad de volumen de la cavidad a temperatura T , en el intervalo de frecuencias entre νy ν+ dν. Evidentemente estas cantidades son proporcionales entre sí, y están relacionadas por: Se define como el número de estados cuánticos en el intervalo defrecuencias . También se define como el número probable de frecuencias por estado

y

cuántico, por lo tanto el producto es el número total de frecuencias en un intervalo de frecuencias. Por último si a se lo multiplica por la energía que aporta cada una de estas frecuencias y se la divide por el volumen de la cavidad, entonces tendremos ρ (ν ), es decir:

Conociendo esta nueva relación,sería necesario explicar la procedencia de estas tres funciones: La representa la energía de cada onda, donde Max Plank propuso que la energía de una onda electromagnética está cuantizada y además depende de la frecuencia misma. En concreto: , donde h es la constante de Plank. representa el número de estados cuánticos en un intervalo de frecuencias. Para entender este último punto, supóngase unacavidad cúbica de lado a de paredes metálicas llena con radiación electromagnética. Ya que las paredes opuestas son paralelas entre sí, las tres componentes de la radiación no se mezclan y se pueden tratar por separado. Consideramos la componente x de la radiación, en la pared metálica del plano y – z. Toda la radiación que incide sobre esta pared es reflejada y las ondas incidentes y reflejadas secombinan para formar una onda estacionaria. Como el campo eléctrico E es perpendicular a la dirección de propagación y la dirección de propagación para éste es perpendicular a la pared que se esta considerando, el campo eléctrico es paralelo a la pared, pero una pared metálica no es compatible con un campo eléctrico paralelo a su superficie ya que se puede establecer un flujo de cargas que...