Ciało doskonale czarne jest pojęciem fizycznym określającym obiekt fizyczny całkowicie pochłaniający padające na niego promieniowanie elektromagnetyczne, niezależnie od jego temperatury oraz kąta padania promieniowania.

Przykładem ciała doskonale czarnego jest wnęka pokryta sadzą Lub czernią bizmutową:

Promieniowanie wpadające do takiej wnęki odbija się wielokrotnie od jej ścianek, aż wreszcie zostaje całkowicie pochłonięte. Wnętrze ścian wnęki także emituje promieniowanie. W rzeczywistości ciało doskonale czarne nie istnieje.

Rozkład widmowy promieniowania ciała doskonale czarnego opisuje funkcja R_T, którą nazywa się zdolnością emisyjną ciała.

Wielkość R_T(ν)dν jest równa energii promieniowania o częstotliwości leżącej w przedziale od ν do ν+dν, wysyłanego w ciągu jednostki czasu przez jednostkę powierzchni ciała mającego temperaturę T.

Częstotliwość odpowiadająca maksimum zdolności emisyjnej wzrasta liniowo wraz ze wzrostem temperatury, a całkowita moc wyemitowana przez powierzchnię jednostkową (reprezentowana przez pole pod krzywą) rośnie gwałtownie ze wzrostem temperatury.

Całkowita zdolność emisyjna R_T jest całką ze zdolności emisyjnej R_T(ν) po wszystkich częstotliwościach ν. Jest ona równa całkowitej energii wyemitowanej w ciągu jednostki czasu przez jednostkę powierzchni ciała doskonale czarnego w temperaturze T.

Ilościowo opisuje to empiryczne prawo Stefana-Boltzmana:

R_T = σT­­⁴

gdzie:
- stała Stefana-Boltzmana

Analizując widmo promieniowania ciała doskonale czarnego widzimy, że wraz ze wzrostem temperatury T widmo promieniowania ulega przesunięciu w stronę wyższych częstotliwości.

Fakt ten wyraża prawo przesunięć Wiena:

ν_max ~ T czyli ၬ_{ma x}* T = const = 2898μm*K

gdzie ν_max jest częstotliwością, a λ_max długością fali, dla której R_T(ν) w danej temperaturze T ma wartość maksymalną (wraz ze wzrostem T częstotliwość ν_max ulega przesunięciu w kierunku wyższych częstotliwości)

Na podstawie licznych doświadczeń Wien sformułował również prawo, określające rozkład promieniowania ciała doskonale czarnego:

gdzie: C₁,C₂ - stałe wyznaczane doświadczalnie.

Pod koniec XIX w. Rayleigh i Jeans obliczają energię promieniowania we wnęce. Stasują klasyczną teorię pola elektromagnetycznego do pokazania, że promieniowanie wewnątrz wnęki ma charakter fal stojących (węzły na ścianach wnęki). Zgodnie z fizyką klasyczną, energia każdej fali może przyjmować dowolną wartość od zera do nieskończoności, przy czym energia fali jest proporcjonalna do kwadratu amplitudy fali. Następnie Rayleigh i Jeans obliczyli wartość średniej energii na podstawie prawa ekwipartycji energii i w oparciu o nią znaleźli widmową zdolność emisyjną.

Max Planck przedstawił poprawioną wersję wzoru Wiena:

Różnica polegała na odjęcia 1 w mianowniku. Planck uzasadnił to w ten sposób, że oscylatory, które wytwarzają promieniowanie cieplne mogą przyjmować tylko pewne stany energetyczne , a emitowane przez nie promieniowanie może być wysyłane tylko określonymi porcjami - kwantami.

Doprowadziło to do sformułowania, że minimalna zmiana energii oscylatora emitującego falę nazywamy kwantem energii:

gdzie

---