Le corps noir et Max Planck

[Condensat_B-E]

Bonjour à tous,

Pour tenter d'expliquer l'équilibre thermique du corps noir, qui demeurait un mystère pour les physiciens, Planck émit l'hypothèse que l'énergie d'un rayonnement ne pouvait se transmettre que par de minuscules quantités indivisibles qu'il appela quanta.

Qu'est-ce qui ne marchait pas avec les autres équations? Quel était le mystère à l'époque pour les physiciens? Ils n'étaient pas capable d'expliquer les longueurs d'ondes rayonnées par un tel corps, je ne sais pas...? Pouvez-vous m'expliquer ce qui poussa Planck à émettre l'hypothèse des grains d'énergie...

Au fait, un corps noir théorique absorbe toutes les longueurs d'ondes sans en réémettre, c'est ça? Quand il est chauffé, peut-il émettre un rayonnement? À quelque milliers de degré, il émettrait dans le visible, vrai? Dans ce cas, le qualificatif noir ne fait pas vraiment référence à la couleur «noire» ...



Merci à l'avance

[FlyingMarco]

Salut !
Alors ce qui ne marchait pas avec les équations de la mécanique classique, c'est ce que l'on a appelé la "catastrophe ultraviolette" :
En fait les calculs de l'intensité de la lumière noire n'étaient pas satisfaisants :
d'un coté il y avait les calculs de Rayleigh qui n'étaient valables que pour les basses fréquences, et de l'autre côté le modèle de Wien qui lui n'était valable que pour les hautes fréquences (Tu as déja du voir la courbe de l'intensité de la lumière en fonction de la fréquence, avec les variations prévues par ces deux physiciens.)

L'hypothèse de Planck provient donc de cette situation de "crise" : il proposa donc que l'énergie n'est pas émise de manière continue, mais par paquets dont la taille E dépend de la longueur d'onde :




La thermodynamique disait qu'un corps noir parfait absorbe toute la lumière qu'il reçoit et que réciproquement il émet de la lumière dans tout le spectre.


En espèrant t'avoir quelque peu éclairé !

A bientot
Marc

[j.yves]

Le "modèle" de Wien était-il un modèle, ou bien une formule empirique pour reproduire ce qu'on savait à l'époque du spectre du corps noir?

D'autre part, les calculs de Rayleigh sont contemporains de ceux de Planck (1900), donc je me demande si l'histoire ci-dessus, qui correspond à un ordre logique des découvertes, correspond bien à l'ordre historique, et si cette catastrophe ultraviolette en était bien une pour les physiciens du 19e siècle! Quelqu'un connait-il la réponse?

[neutrinoman]

Au fait, un corps noir théorique absorbe toutes les longueurs d'ondes sans en réémettre, c'est ça? Quand il est chauffé, peut-il émettre un rayonnement? À quelque milliers de degré, il émettrait dans le visible, vrai? Dans ce cas, le qualificatif noir ne fait pas vraiment référence à la couleur «noire» ...

En fait le corps noir est un modèle. Il rayonne effectivement dès qu'il est chauffé. Mais en fait dans ce modèle il est présenté comme un système opaque à son propre rayonnement (c'est un approximation). On utilise souvent l'image d'une sphère fermée qui rayonne à l'interieur d'elle même. C'est bien de là que vient l'appélation "noir" c'est-à-dire qui n'émet pas de rayonnement. Il s'agit bien d'une approximation.

Voilà j'espère que ça aide.

[Condensat_B-E]

Bon, il ne me reste plus qu'à vous remercier tous!

[FlyingMarco]

De rien

[El Gringo]

En fait le corps noir est un modèle.

Oui oui, comme à peu près tout ce qui se fait en physique!

Mais comme tous les modèles, il permet de faire de la jolie physique et d'expliquer les grandes lignes de quelques phénomènes de manière assez claire!

Par contre j'aimerai bien savoir comment Planck a fait exactement pour postuler l'existence du quantum d'énergie. J'avais entendu parler d'un passage d'une intégrale à une série mais bon... à priori, ça ressemblait plus à un tour de passe-passe qu'autre chose... je ne suis pas certain que ce bon vieux Max a cru tout de suite à ces quantas d'ailleurs...

Quelqu'un en saurait-il plus sur le sujet?

[j.yves]

Je ne sais pas pour Planck, mais le premier qui a attribué une signification physique aux quanta, c'est sans doute Einstein en 1905 avec l'interprétation de l'effet photoélectrique.

[FlyingMarco]

Alors pour répondre à El gringo :
Planck voulut donc s'attaquer à ce problème d'une manière différente de ses prédécesseurs. En gros, et sans entrer dans les détails :
-Il commence par fabriquer une formule empirique composée de la somme de deux termes. Le premier rend compte des résultats observés aux basses fréquences. Il s'arrange pour que l'autre terme prenne dans ce domaine de fréquences des valeurs tellement petites qu'elles n'interviennent guère quand on l'ajoute au premier dans la formule
-Il s'arrange aussi pour qu'aux hautes fréquences au contraire ce soit ce deuxième terme qui devienne prépondérant et le premier négligeable.
-Il dispose aussi empiriquemnt d'une formule qui permet de calculer les intensités aussi bien aux basses qu'aux hautes fréquences. Mais il ne pouvait se satisfaire de cette approche en grand théoricien qu'il était , donc il chercha une base théorique solide à son idée , et :
-En 1900, il reprend le calcul en imaginant d'utiliser un modèle théorique simple pour schématiser le comportement d'un corps noir. Il s'aperçoit alors qu'il suffit d'introduire un élément complétement nouveau, étranger aux théories classiques pour obtenir par le calcul une formule qui rend comte des mesures sur l'ensempble du spectre. Voici cet élément nouveau :
"La matière ne peut émettre l'énergie radiante que par quantités finis proportionnelles à la fréquence ", et il aboutit sur la formule

e représente les "quantités finies" et k ne peut prendre que des valeurs entières 1,2,3... et nu est la fréquence de la radiation.

A partir de la , il lui est possible d'établir , par la théorie, une formule rendant compte de tout le spectre observé de la lumière noire. Son calcul suppose donc que pour une fréquences donnée, les échanges d'énergie ne peuvent se faire que par paquets indivisibles : par quanta, et non pas de façon continue.

Voila une petite explication

A bientôt
Marc

[Floris]

Bonjour, quand tu cite E=khv, s'agit t'il de l'équatuion généralement connue E=hv ?
Merci

[FlyingMarco]

Salut !
Oui bien sur la formule revient à dire qu'il existe pour chaque fréquence une valeure minimum , obtenue pour la valeur dans sa formule, qui est donc le quantum d'énergie.

A bientôt
Marc

[Floris]

Salut a toi, ce que je comprend pas, c'est que si k était égale à 2, cela changerait tout! Quesqui détermine donc la valeur de K ??? Par contre, ce que je comprend pas, c'est quand tu dit je cite: "une valeure minimum hv obtenue par la valeur k=1 qui est donc que quantum d'énergie" Ce que je comprend pas, c'est pourquoi tu dit minimum en hv puisque v n'est pas définit, enfin là je comprend pas trop, si tu peut m'expliquer, sa serai sympa de ta part.

Bien amicalement à toi et joyeux noel.
Flo

[FlyingMarco]

Re-salut !
Alors en fait le nombre k est le nombre de quantas émis pour une fréquence donnée. Donc pour chaque fréquence, il existe une valeur minimale de l'énergie émise qui est égale à , dans le cas ou un seul quanta est émis.( )

a bientôt
Joyeuses fêtes
Marc

[Floris]

Salut as toi, ah merci, je comprend maintenant mieux, je me doutais de que k désignait une quantitée, cepandant, peut t'on considérer k comme une intensitée? C'est la ou je bloque puisqu'a priori, si k est l'intensitée, alors cela augemente l'énergie et je pourrai violer l'effet photo électrique en appliquant une intensitée très inportante avec une énergie hv très faible. Il y a donc quelque que chose que je n'ai pas comprit n'est pas?

Merci encore.
Amicalement
Flo

[FlyingMarco]

salut !
le nombre k n'est pas une intensité, mais c'est tout simplement le nombre de quanta émis pour une fréquence donnée : (c'est pour cela que k ne prend que des valeurs entières : 1 quanta émis , 2 quantas émis.... )

Amicalement
Marc