Prends un corps parfaitement isolé du milieu ambiant et chauffe le. Au bout d'un certain temps, tu atteindras un état où tous les atomes auront en moyenne la même vitesse (équilibre thermodynamique). Tu remarqueras aussi que plus il devient chaud, plus il émet de la lumière.

Va chercher un morceau de fer et mets le dans ta cheminée. Lorsqu'il est froid le fer n'émet pas de lumière, mais quand tu le sort du feu tu verras qu'il est devenu tout rouge. Si tu augmentais encore la température, tu le verrais devenir jaune, puis blanc et enfin bleu. Ce comportement est universel et ne dépend pas de la nature de la matière utilisée pour faire l'expérience. Aussi parle-t-on de la loi du corps noir et non des corps noirs. Pourquoi noir? Parce que pour être à l'équilibre thermodynamique le corps doit être parfaitement isolé du milieu extérieur. En particulier il ne doit émettre aucune sorte de rayonnement et apparaîtra donc parfaitement noir.

En conséquence lorsqu'un corps est en équilibre thermique, les propriétés de son rayonnement, et en particulier sa distribution d'énergie sont parfaitement déterminées par la seule donnée de la température. Ceci est illustré par les lois empiriques de Stefan (1879) et de Wien (1893) qui permettent d'exprimer respectivement la puissance rayonnée par unité de surface: R_T = 5,67×10^-8×T⁴ et la longueur d'onde du maximum d'émission  l_max×T = 2897,8 µm.K en fonction de la seule température T. Les astronomes utilisent couramment ces deux lois pour établir une classification des étoiles en fonction de leur couleur et de leur luminosité.

Il faut que tu saches que c'est la dérivation par la théorie de ces deux résultats expérimentaux qui marqua le début de la mécanique quantique. En effet pour retrouver ces 2 lois Max Planck a dû émettre l'hypothèse révolutionnaire que l'énergie variait de façon discontinue E = n×(h×n), et introduire sa fameuse constante h ~ 6,7×10^-34 J.s. Sans cette hypothèse tu recevrais en effet une dose massive de rayons X ou g devant n'importe quel modeste feu de bois, au lieu du rayonnement infra-rouge habituel!

La loi dite du corps noir trouvée par Max Planck en utilisant l'hypothèse des quanta donne la densité d'énergie r_T (J.m^-4) du rayonnement en fonction de la température T et de la longueur d'onde l:

où c désigne la vitesse de la lumière, k la constante de Boltzmann et h la constante de Planck. Graphiquement, tu remarqueras que cette fonction de 2 variables présente un maximum l_max d'autant plus marqué que la température est élevée.

Si tu en as le courage, tu peux, à l'instar de Max Planck, annuler la dérivée de la fonction précédente par rapport à la longueur d'onde et retrouver ainsi par le calcul la Loi de Wien. Tu peux aussi multiplier la densité d'énergie r_T par la vitesse de la lumière c et calculer la surface sous la courbe pour obtenir la Loi de Stefan:

Cette courbe doit sûrement te rappeler la loi de distribution des vitesses de Maxwell. De fait on peut dire que la loi du corps noir est aux photons, ce que la loi de distribution des vitesses est aux particules matérielles. Elle peut aussi être utilisée pour évaluer la pression qu'exerce le rayonnement sur la matière et expliquer ainsi la stabilité des étoiles...