Corps noir

[elect2008]

Bonjour...

Qu'est ce qu'un corps noir?
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[Deedee81]

Bonjour,

Qu'est ce qu'un corps noir?

Un corps en équilibre thermique qui absorbe tout rayonnement.

Comme il est en équilibre, il réémet bien entendu tout ce rayonnement (la source d'énergie peut aussi être une source interne).

On démontre que le rayonnement d'un tel corps est "universel" (il ne dépend pas de sa nature chimique ou de sa structure mais uniquement de sa température).

En laboratoire, on fabrique aisément un corps noir à l'aide d'un four, avec thermostat, aux parois bien absorbantes et en perçant un petit trou : le corps noir c'est le trou. C'est assez étonnant car lorsque l'équilibre thermique est atteint, si tu regardes par le trou (attention, chaud !) tu ne vois plus les parois du four mais un rayonnement (jaune orangé) uniforme, résultat de ce caractère "universel".

Le mot "corps noir" est assez impropre (un trou rouge orangé n'est pas vraiment un corps ni noir). Le Soleil est un assez bon corps noir (!) ainsi qu'une pièce métallique chauffée au rouge et le corps humain dans la gamme des infrarouges.

Les corps qui ne sont pas tout à fait noir (ils n'abosrbent pas tout le rayonnement) sont parfois appelés corps gris.

[elect2008]

Merci beaucoup de cette explication...

Mais est ce que le corp noir et forcement de couleur noire ?

Et le corps noire absorbe toutes les couleurs et les transforme en chaleur c'est ça?

[ketchupi]

Le corps noir n'est pas forcément noir : le corps humain est un corps noir. Le soleil est un corps noir.

Le corps noir absorbe toutes les longueurs d'onde et les restitue intégralement. Cette restitution va dépendre cependant de la température du corps. si la température est extrêmement élevée, le maximum d'émission se situera dans le bleu-UV.
Aux températures de fusion des métaux, les couleurs obtenues sont plutôt dans le rouge orangé.

++

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gwyddon]

En fait la dénomination (trompeuse) vient du fait qu'à température nulle le corps est réellement noir. Mais évidemment à température non nulle il ne le sera pas puisque son équilibre thermique l'oblige à réémettre.

La caractéristique clef en définitive c'est le fait qu'il ne réfléchit aucun rayonnement.

[elect2008]

Oui mais jusqu'a maintenant j'ai pas bien compri le corps noir!!!

[Gwyddon]

Oui mais jusqu'a maintenant j'ai pas bien compri le corps noir!!!

Tu n'as rien compris de ce que t'ont dit Deedee et ketchupi ??

[elect2008]

Bon... Pour le soleil par exemple on dit qu'il est un corp noir, pourquoi?

[Gwyddon]

Bon... Pour le soleil par exemple on dit qu'il est un corp noir, pourquoi?

Car on peut raisonnablement l'assimiler à un corps en équilibre thermique qui absorbe tout le rayonnement (et ne le réfléchit pas) tout en le réémettant.

Sa distribution d'émission est très proche de celle d'un corps noir idéal.

Encore une fois, relis bien le message de ketchupi

[mariposa]

Bonjour,


En laboratoire, on fabrique aisément un corps noir à l'aide d'un four, avec thermostat, aux parois bien absorbantes et en perçant un petit trou : le corps noir c'est le trou. C'est assez étonnant car lorsque l'équilibre thermique est atteint, si tu regardes par le trou (attention, chaud !) tu ne vois plus les parois du four mais un rayonnement (jaune orangé) uniforme, résultat de ce caractère "universel".

Bonjour,
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Précision

Il n'est pas nécéssaire que les parois soient parfaitement réfléchissantes. Par contre il faut que le trou soit très petit.
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En effet lorsqu'une longueur d'onde (hors d'équilibre thermodynamique et en excès) est en partie réfléchie (par exemple 50%), celle -ci perd a chaque réflexion de l'énergie jusqu'a se trouver en équilibre émission-absorbtion. Cela est réalisé a condition que le trou soit petit pour permettre les réflexions multiples sans sortie. Le corps lui-'même se charge de redistribuer l'énergie absorbée à une longueur d'onde en redistribuant l'énergie a travers les degrés de liberté du solide via les effets non linéaires. Autrement dit le corps fonctionne comme un convertisseur de fréquences.

[mariposa]

Piqure de rappel:
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J'avais proposé de remplacer l'expression absurde de corps noir par le concept de rayonnement thermiquement parfait en echo au concept de gaz parfait.
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La loi des corps thermiquement parfait c'est la loi de Stefan.

[Gwyddon]

Piqure de rappel:
.
J'avais proposé de remplacer l'expression absurde de corps noir par le concept de rayonnement thermiquement parfait en echo au concept de gaz parfait.
.
La loi des corps thermiquement parfait c'est la loi de Stefan.

Oui oui, c'est mieux en effet

Je suggère aussi à elect2008 de se renseigner sur :

_ la loi de déplacement de Wien

_ la loi de Planck

_ et la loi de Stefan-Boltzmann bien sûr

[Deedee81]

En fait la dénomination (trompeuse) vient du fait qu'à température nulle le corps est réellement noir.

Ca vient vraiment de là ? Tiens, moi j'aurais pensé que ça venait de "absorbe tout, comme la couleur noire", mais je ne connais pas l'historique en réalité

Bon... Pour le soleil par exemple on dit qu'il est un corp noir, pourquoi?

Car il est en équilibre thermique (température à peu près constante et uniforme) et parcequ'il absorbe tout rayonnement (le Soleil est peut-être très lumineux mais il est sacrément opaque, on ne voir rien à travers ).

Bref, c'est un corps noir car il répond à la définition de corps noir donnée plus haut.

Plus haut du demandais :

Et le corps noire absorbe toutes les couleurs et les transforme en chaleur c'est ça?

C'est un peu abusif de dire ça.
Oui, il absorbe bien toutes les couleurs (puisqu'il absorbe, idéalement, tout le spectre électromagnétique, pas seulement les couleurs).
Oui, le rayonnement de corps noir est de type thermique.
Mais, non, on ne peut pas vraiment dire "transforme en chaleur".
Peut-être que tu veux dire par là "émet dans l'infrarouge" ? Ca ce n'est vrai que pour un corps noir à température (grosso modo) ambiante (comme le corps humain). Un corps noir a basse température (disons -100 degrés) émet plutôt des ondes radios. Et un corps à très haute température (comme le Soleil) émet surtout dans les ultraviolets (j'espère ne pas dire de bêtise là, à confirmer).

Pour être précis, en fait un corps noir émet de tout : ondes radios, infra rouges, etc. Mais il y a toujours une zone dominante. Heureusement pour nous, les UV du Soleil sont en grande partie filtrés par l'atmosphère et on ne reçoit que la partie lumière visible.

[Gwyddon]

Pour un exemple de distribution spectrale, cf http://www.eleves.ens.fr/home/baglio...Corps_noir.pdf

(figure 3)

On voit que le corps noir émet partout, mais qu'il a un maximum très prononcé qui va déterminer ce que l'on va nommer sa "couleur" (pour les corps visibles), qui est en fait la longueur d'onde dominante de son rayonnement.

[mariposa]

Ca vient vraiment de là ? Tiens, moi j'aurais pensé que ça venait de "absorbe tout, comme la couleur noire", mais je ne connais pas l'historique en réalité

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Je pense que l'origine de corps noir vient effectivement de la notion de surface qui absorbe tout parfaitement. Cela est réalisé justement averc un trou très petit dans une cavité. Par construction toute distribution spectrale est rigoureusement absorbée par la surface du trou même si les parois internes sont partiellement réfléchissantes.

[Gwyddon]

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Je pense que l'origine de corps noir vient effectivement de la notion de surface qui absorbe tout parfaitement. Cela est réalisé justement averc un trou très petit dans une cavité. Par construction toute distribution spectrale est rigoureusement absorbée par la surface du trou même si les parois internes sont partiellement réfléchissantes.

En effet y a de ça aussi. Mais si on avait tous les deux raisons en définitive ?

[Deedee81]

En effet y a de ça aussi. Mais si on avait tous les deux raisons en définitive ?

Vous avez attisé ma curiosité

J'ai fait une p'tit recherche, voir :
http://books.google.com/books?id=vjx...#PRA1-PA673,M1

Définition de Kirchoff : "corps absolument noir" car absorbe tout rayonnement. Avec des recherches sur le noir de fumée. Puis le concept s'est étendu... à ce qui n'est pas noir

Et si j'ai bien compris, les couches ultraabsorbantes, c'est des corps noir

[Calvert]

Et un corps à très haute température (comme le Soleil) émet surtout dans les ultraviolets (j'espère ne pas dire de bêtise là, à confirmer).

Non, le maximum d'émission du Soleil est dans le visible (dans le vert). Sa température de surface est ~5800 K. Les étoiles plus chaudes (étoiles O, B, avec des températures de surface > 20'000 K) émettent elles plutôt dans l'UV.

[Gwyddon]

En effet Calvert a raison, le maximum est à 500 nm, ce qui correspond grosso-modo au vert (~*491 nm pour ce dernier)

[gatsu]

Car on peut raisonnablement l'assimiler à un corps en équilibre thermique qui absorbe tout le rayonnement (et ne le réfléchit pas) tout en le réémettant.

Sa distribution d'émission est très proche de celle d'un corps noir idéal.

T'es sûr de ça ? Il me semble qu'il y une bonne partie du rayonnement solaire qui est en émission de raies non ? Ou alors c'est inclus dans le rayonnement du corps noir et j'ai rien compris à ce qu'est un corps noir (ce qui n'est pas impossible).

[Gwyddon]

T'es sûr de ça ? Il me semble qu'il y une bonne partie du rayonnement solaire qui est en émission de raies non ?

Une fois j'ai vu la tête du spectre d'émission du Soleil, cela avait une bonne tête de corps noir quand même (on négligera les espèces de bruits sur la courbe )

[ketchupi]

A partir du moment où un corps est considéré comme "noir" (quelle ambiguité), son spectre d'émission est nécessairement continu. Le soleil ne peut pas avoir un spectre de raies, sinon l'expérience du prisme séparateur de couleurs ne fonctionnerait pas.

++

[Calvert]

T'es sûr de ça ? Il me semble qu'il y une bonne partie du rayonnement solaire qui est en émission de raies non ? Ou alors c'est inclus dans le rayonnement du corps noir et j'ai rien compris à ce qu'est un corps noir (ce qui n'est pas impossible).

Le spectre solaire (et les spectres stellaires en général) contient grosso modo deux composantes:

- le "continu": il correspond bien à un rayonnement de type "corps noir",
- et un système de raies (la plupart du temps en absorption) qui s'y superposent. Elles ne respectent évidemment plus un tel spectre de corps noir.

L'image n'est pas formidabée, mais voici ce que l'on trouve sur le web (source: http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Solar_Spectrum.png) La courbe noir est un rayonnement de corps noir à la température du Soleil (un peu fausse sur cette image, mais bon...), et en jaune, le flux au sommet de l'atmosphère.

[Gwyddon]

En fait je crois que tu confonds deux choses ici

Le spectre d'émission du Soleil, et le spectre d'absorption de cette lumière émise, et absorbée à divers endroits par l'atmosphère terrestre.

[Calvert]

En fait je crois que tu confonds deux choses ici

Le spectre d'émission du Soleil, et le spectre d'absorption de cette lumière émise, et absorbée à divers endroits par l'atmosphère terrestre.

Non, car si on regarde la courbe "sommet de l'atmosphère", elle ne l'a pas encore traversée, et l'absorption entre la surface du Soleil et le sommet de l'atmosphère terrestre est négligeable (si c'est à moi que s'adressait la dernière remarque).

[gatsu]

Une fois j'ai vu la tête du spectre d'émission du Soleil, cela avait une bonne tête de corps noir quand même (on négligera les espèces de bruits sur la courbe )

Je sais pas moi, le soleil c'est du plasma non ? Est ce qu'un plasma n'a qu'un rayonnement de type corps noir ?

A partir du moment où un corps est considéré comme "noir" (quelle ambiguité), son spectre d'émission est nécessairement continu. Le soleil ne peut pas avoir un spectre de raies, sinon l'expérience du prisme séparateur de couleurs ne fonctionnerait pas.

En même temps si il y avait une superposition d'un spectre continu et d'un spectre de raies ça serait tellement le bordel qu'on ne le verrait pas avec un prisme non ?

[Gwyddon]

Non, car si on regarde la courbe "sommet de l'atmosphère", elle ne l'a pas encore traversée, et l'absorption entre la surface du Soleil et le sommet de l'atmosphère terrestre est négligeable (si c'est à moi que s'adressait la dernière remarque).

Et justement, c'est les données jaunes pour le sommet de l'atmosphère, et c'est bien sans bandes d'absorptions.. Tu es sûr qu'on regarde la même chose ?

Les données rouges, où apparaissent les raies, sont pour le niveau de la mer (et il y a eu une sacré absorption entre temps)

[Calvert]

Oui, je parle de la courbe jaune. Par exemple, près du maximum, il y a plein de raies. En fait, cette courbe n'est pas terrible, car la courbe noire est "trop froide" (la température du Soleil est un peu plus grande que celle annoncée), et donc, elle doit être "un peu plus à gauche" et "un peu plus haute". Elle "fit" très mal le continu, à mon avis. Mais les petites raies que l'on voit sont bien des raies d'absorption (sur la courbe jaune, je répète) (à mon avis toujours, ce sont les raies de la série de Balmer).

[invite3884ba83]

Je sais pas moi, le soleil c'est du plasma non ? Est ce qu'un plasma n'a qu'un rayonnement de type corps noir ?


En même temps si il y avait une superposition d'un spectre continu et d'un spectre de raies ça serait tellement le bordel qu'on ne le verrait pas avec un prisme non ?

Si, on a bien superposition d'un corps noir à 5700K (à peu près) et de raies d'absorption (par les couches plus froides de l'atmosphère du Soleil, il me semble). Un prisme ou un réseau disperse cette lumière en un continu (même si l'oeil humain le découpe -culturellement- en 6 ou 7 couleurs principales) et si on regarde de près ce continu est interrompu par de fines raies noires (en fait moins lumineuses), les raies de Fraunhofer.


Cordialement

[Gwyddon]

Bien vu Calvert, je n'avais pas regardé assez attentivement (et j'étais trop focalisé sur les raies d'absorption par l'atmosphère terrestre..)

catnap donne à mon avis la bonne interprétation.