Rayonnement de la matiere

[lippow]

Bonjour,

J'ai quelques questions à propos du rayonnement:

-J'ai pu lire que tout corps à une température T (>0° K) émet un rayonnement électromagnétique.

-J'ai également pu lire qu'un photon entrant en contact avec un atome, va lui cédé son énergie. Ainsi ses électrons vont s'excité et passés à un état d'excitation supérieur. Il va tenté à retrouver son équilibre en émettant un photon pour se désexcite. (mécanique quantique)

Mes questions sont les suivantes : - Un rayon arrivant sur un objet va être absorbé, réfléchis et transmis. L'objet va recevoir sans arrêt des rayons donc il va chauffé par le rayon absorbé jusqu'à un équilibre thermique, c'est cela ?

Par exemple :

Une barre de fer chauffer par exemple suite au phénomène de conduction atteint un équilibre thermique. Ses molécules et atomes vont vibrer. C'est ses vibrations qui engendrent spontanément des excitations et désexcitations des électrons et donc une émission electro-magnétiques ? ou c'est que c'est atomes vibres à une certaines fréquence et ainsi si un photon rentre en contact avec cette barre il va excité un électron qui va réémettre une onde électromagnétique différente en fonction de son état vibratoire lié à sa température?


Merci d'avance pour vos réponses
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[LPFR]

Bonjour.
Le rayonnement thermique d’un objet n’a strictement rien à voir avec l’absorption et l’émission de photons par des atomes isolés. Ce sont des processus physiques totalement différents.

Un objet absorbera (partiellement, en général) les rayonnements incidents et émettra du rayonnent thermique (dit aussi du corps noir), en fonction de sa température. Celle-ci peut augmenter ou diminuer suivant ce qu’il reçoit, ce qu’il émet et ce qui se produit à son intérieur (comme dans une étoile).

La barre de fer n’a pas besoin d’être en équilibre pour émettre ni pour absorber. Et ce sont biens les vibrations des atomes et électrons libres qui vont produire directement le rayonnement. Rien à voir avec les niveaux d’énergie ou l’excitation des électrons des atomes.

Il ne faut pas mélanger le comportement d’atomes isolés (niveaux d’énergie, excitation de l’atome, etc.) avec le comportement d’un corps. Même, si dans certains cas, les atomes dans un corps subissent des transitions et des excitations dues à ses électrons internes. Mais ces processus se passent à des énergies très différentes que celles de l’émission thermique.
Au revoir.

[Deedee81]

Salut,

L'essentiel est dit. Peut-être en petit complément :

Tout est quantifié, et pas seulement les états électroniques dans l'atome. Ainsi, pour une molécule (ou un atome isolé), même son mouvement de translation est quantifié (et les niveaux d'énergie discrets s'il est placé dans une boite).
Pour une molécule tu peux avoir aussi des niveaux d'énergie de rotation et de vibration. Et pour un réseau cristallin (cas typique de la barre de fer) tu as des vibrations également quantifiées (on parle de phonons).

Le rayonnement thermique est due aux différentes contributions de tous ces états, et ça dépend de la température.
- Pour les corps solides la contribution est due aux vibrations des atomes dans le réseau, comme signalé par LPFR. Sauf peut-être une petite contribution des niveaux atomiques à très haute température mais le solide à alors toutes les chances.... de fondre
- pour les gaz, c'est essentiellement les états de translations et de rotations (du moins pour les molécules diatomiques asymétriques ou plus complexes). Les vibrations, sauf quelques exceptions, se manifestent plutôt à haute température. Et les états électroniques dans les atomes à très haute température.

[lippow]

Ah d'accord merci donc si je résume.

Si j'ai un objet dans une pièce. il reçoit un faisceau incident et va émettre un rayonnement thermique qui va donc dépendre uniquement de la température de l'objet. Sa température peut varier en fonction de ce que l'objet reçoit, et émet. Dans un solide ce rayonnement est issus de la vibration des atomes et dans un gaz le rayonnement est du aux translation et rotation des atomes. A haute température, c'est lier à des vibrations.
Pourquoi les vibrations engendrent une onde? J'ai trouver ça, est-ce que c'est ca?



Du fait des forces s'exerçant entre les différents atomes du réseau cristallin, le déplacement
d'un ou plusieurs atomes autour de leur position d'équilibre (figure I.6a et I.6b) entraîne une
série d'ondes de vibrations se propageant dans le réseau. Quand une onde se propage dans une
direction, des plans entiers d’atomes se déplacent en phase ; le mouvement est parallèle ou
perpendiculaire au vecteur d’onde. La figure I.7 illustre une onde de vibration dans un réseau
cristallin à deux dimensions (2D). L'amplitude de l'onde est donnée par l'amplitude du
déplacement des atomes autour de leur position d'équilibre. La longueur d'onde λ correspond
au plus petit intervalle entre deux répétitions identiques de l'arrangement des atomes

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite78516567821]

"J'ai pu lire que tout corps à une température T (>0° K) émet un rayonnement électromagnétique."
Oui. Ce rayonnement est donné par la loi de Wien : 0.29cm/K = longueur d'onde du rayonnement émis par un corps porté à K degrès Kelvin.
Pour vos autres questions, vous avez obtenu les réponses.
Amicalement.

[bongo1981]

Et bien non, ce rayonnement n'est pas monochromatique et n'est pas donné par la loi de déplacement de Wien (à ne pas confondre avec la loi de Wien pour le spectre de corps noir à haute fréquence).
Le loi de déplacement de Wien donne seulement le maximum de rayonnement, dont la longueur d'onde de ce maximum est inversement proportionnelle à la teméprature.

Le rayonnement total est donné par la loi de Planck.

[LPFR]

Re.

Si j'ai un objet dans une pièce. il reçoit un faisceau incident et va émettre un rayonnement thermique qui va donc dépendre uniquement de la température de l'objet.

Pas besoin de recevoir un faisceau. Tout corps émet, même s’il ne reçoit rien et ce qu’il émet ne dépend que de sa température.

. Dans un solide ce rayonnement est issus de la vibration des atomes et dans un gaz le rayonnement est du aux translation et rotation des atomes.

Ce qui crée des ondes c’est l’accélération de charges électriques. Dans un solide les atomes vibrent mais ne vibrent pas solidairement de leurs électrons. Le petit décalage pendant les oscillations fait que les accélérations sont différentes pour el noyau et les noyaux et ceci donne des ondes électromagnétiques.
Dans un gaz les vibrations des molécules (changement de forme) et les rotation pour les molécules dipolaires créent des ondes pour les mêmes raison que précédemment : l’accélération différente des charges positives et négatives.

A haute température, c'est lier à des vibrations.

À haute température, l’énergie thermique des molécules et atomes est telle que les chocs entre atomes et atomes et électrons, peuvent ioniser des atomes et molécules. On obtient un « plasma » Et ce plasma, en plus d’émettre le rayonnement du corps noir, va émettre les rayonnements des atomes et molécules individuelles.

A+

[lippow]

Merci à toi LPFR, une derniere question:
Je peux assimiler donc mes atomes qui vibrent (dans un solide?) à des Quantum Harmonic Oscillator ( oscillateur harmonique quantique?) avec une energie potentielle.


Plus la température sera elevé, plus le fréquence de mon oscillateur sera grande donc plus le palier energétique acquis pourra être grand donc plus on emettera une grande longueur d'onde elevé E=h lambda/c. Est-ce que c'est une vulgarisation correcte ?

Ce que tu as dit c'est que c'est l'accélération des charges qui crée une onde electromagnétique, je suis bien d'accord. Pourquoi sur wikipedia il parle des collisions entre les atomes :

Thermal radiation is a byproduct of the collisions arising from various vibrational motions of atoms. These collisions cause the electrons of the atoms to emit thermal photons (known as black-body radiation). Photons are emitted anytime an electric charge is accelerated

[lippow]

Enfaite sur la citation c'est ce que tu m'as dit

[LPFR]

Re.
Franchement je vois mal le mélange des atomes qui vibrent dans un cristal avec une particule dans un puits de potentiel.
C’est peut-être bon. Mais moi, je ne le vois pas de cette façon.

La phrase de Wikpiedia sur les collisions entre atomes causées par les oscillations me semble, pour le moins, malheureuse. Les atomes d’un solide ne peuvent pas collisionner (à des pressions décentes). Ils sont tenus en place par les forces d’interaction avec leurs voisins qui leur permettent d’osciller autour de leurs positions d’équilibre.

Les gens qui écrivent dans Wikipedia ne sont pas infaillibles (j'en ai fait partie pendant un temps). Ils sont comme ceux qui répondent dans ce forum. Il y en a de très bons, d’autres moins et de temps en temps (pas trop souvent) des gens qui racontent des conneries. Les textes en anglais sont lus plus souvent et les grosses bêtises durent moins longtemps.
A+