La termalizzazione


Abbiamo già detto che un corpo nero termalizza l'energia al suo interno, ovvero la digerisce grazie a una serie di urti non perfettamente elastici. Ci sono due differenti interpretazioni del modo in cui un corpo nero assorba e termalizzi la radiazione che penetra al suo interno.

Interpretazione classica


In questo caso si considerano esclusivamente le pareti interne della cavità, come se fossero composte da oscillatori armonici quali gli atomi di Thomson; le onde incidenti sono tradotte per risonanza in oscillazioni. Poiché gli atomi di Thomson possiedono un coefficiente di smorzamento, l'onda viene riflessa finché non perde memoria di sé. Quando la radiazione è stata digerita, ci troviamo di fronte ad un equilibrio termico all'interno della cavità.
Secondo questa prima interpretazione, l'energia dE interna è facilmente descritta dalla seguente equazione:

\[\large dE=V\cdot u\left ( \nu \right )\cdot d\nu\]

Dove V è il volume della cavità. È anche vero che, se vi sono dN(ν) oscillatori sulle pareti, l'energia dE è data dal prodotto tra l'energia media di ciascun oscillatore per dN(ν):

\[\large dE=\:<\!E\!>_{media}\cdot \:dN\left ( \nu \right )\]

Interpretazione quantistica


Basandoci sulle teorie quantistiche dobbiamo considerare tutto il volume interno della cavità come un insieme di oscillatori - i fotoni - che trasmettono l'energia per pacchetti definiti (i quanti, appunto).
Nell'interpretazione classica si consideravano degli oscillatori materiali (gli atomi di Thomson), mentre in fisica quantistica si opera una scomposizione della radiazione stessa.
L'energia nella cavità sarà, come per il metodo classico, espressa dalla formula:

\[\large dE=\:<\!E_{media}\!>\cdot \:dN\left ( \nu \right )\]

Ora, tuttavia, si procederà in modo diverso per calcolare il numero degli oscillatori relativi alla frequenza ν + Δν. Dal punto di vista statistico è opportuno sottolineare il fatto che, per frequenze molto piccole, vi saranno pochissime radiazioni in risonanza. Ciò è ben evidente dalla seguente equazione, che esprime il numero di frequenze n(ν) che risuonano attorno a una frequenza incidente ν:

\[\large n\left ( \nu \right )=\frac{8\pi V\nu ^{2}}{c^{3}}\]

Ora, moltiplicando n(ν) per l'energia media di ciascuna frequenza in risonanza e dividendo infine per il volume (noi cerchiamo infatti la densità di energia), otteniamo:

\[\large u\left ( \nu \right )=\frac{8\pi \nu ^{2}}{c^{3}}\cdot \:<\!E_{media}\!>\]

Quest'ultima può essere considerata un'espressione universale, poiché può essere utilizzata sia in meccanica classica che quantistica.