lumière

[ilelogique]

Bonjour,
petite question naïve par une expérience de pensée:
Si je suis dans une boite entièrement hermétique à la lumière et que je suis muni d'une lampe : je l'allume, alors des photons sont émis dans la pièce et je vois de la lumière (mes mains par exemple) mais pourquoi la lumière disparaît-elle quand j'éteinds ma lampe ? Que deviennent ces photons ?
absorbés par les murs ????
les murs sont alors chargés d'énergie ?
Et si les murs de la pièce sont fait de miroirs parfaits ?
Enfin, et c'est encore pareil : si je n'éteinds pas la lumière : pourquoi le nombre de photons et donc la luminosité n'augmente-t-elle pas ?

bon voila,
merci.
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[invite2b14cd41]

absorbés par les murs ????
les murs sont alors chargés d'énergie ?
Et si les murs de la pièce sont fait de miroirs parfaits ?

Oui, les murs se réchauffent... il n'existe pas de miroir parfait, mais c'est sur qu'avec miroir l'intensité va augmenter.

[invitec8b46424]

Si vous supposez qu'il y a une boîte avec des miroirs parfait et où il y a le vide complet,et aucun autre objet sinon les photons perdront leur énergie sur ces objets, alors la boîte sera-t-elle éclairait à jamais??
Oui il sera éclairé pour toujours mais notre ami l'a dit,un miroir parfait ça ne peut pas exister.C'est comme l'exemple d'atteindre le zéro absolu,il faudra toujours un certain mouvement infime pour atteindre la température qui tend vers 0.Ici,le matériel qui constitue le miroir absorbera toujours une certaine quantité d'énergie aux photons.

[ilelogique]

Donc, dans une boite étanche disons : les photons sont "absorbés" par les parois ? cela veut-il dire qu'ils disparaissent ? Mais alors de quelle façon ces photons se transforment-ils donc en "augmentation des vitesses relatives des molécules constituant le mur", c'est à dire en énergie calorifique, chaleur ????

Ou bien ces photons sont-ils absorbés par les atomes du mur, de sorte que ces derniers deviennent exités ? (au sens que certains de leurs électrons se sont éloignés du noyau), ceci me paraitrait bizarre car cela voudrait alors dire que le mur pourrait renvoyer ces photons plus tard (et tous les mêmes en plus, du fait de l'effet laser).

[A voir en vidéo sur Futura]

[curieuxdenature]

Bonjour ilelogique

en vertu du principe de conservation de l'énergie et de ses transformations l'énergie de la lumière est rapidement dégénérée vers des états irrécupérables.
Chaque type d'atome et de molécule obéit à des phénomènes d'absorptions-vibrations-rotations relativement complexes mais au final il y a toujours un retour à l'équilibre sur un niveau fondamental.

Dans ce cas, il n'y a pas plus de miracle que dans la perte sèche de l'énergie d'un coup de frein en vélo, le patin s'échauffe, la roue aussi, la dernière phase est un résidu qui se manifeste par un bruit crissant. Le bruit aussi est de l'énergie...

[invitec8b46424]

C'est vrai, je pense que l'énergie qui sera dans le miroir ( après l'absorption du photon) se retrouvera,après une durée suffisamment longue,de l'autre côté du miroir,c'est-à-dire en dehors du cube.

[mach3]

Si la boite est parfaitement isolée, l'énergie n'en ressortira pas.

Ce qui va se passer, c'est que progressivement, les photons vont être absorbés et vont exciter les modes de vibration du matériau constituant le miroir. Le matériau va rendre cette énergie sous forme de photons, plus nombreux mais beaucoup moins énergétiques (de sorte que sur le global l'énergie sera la même). A la fin le rayonnement qui subsistera sera celui d'un corps noir dont la température peut être calculée.
Si le vide a été fait dans la boite, on a besoin de connaitre uniquement:
-L'énergie introduite par l'impulsion lumineuse initiale
-La température initiale des miroirs
-La capacité calorifique des miroirs
Une fois la température finale connue, on peut aisément calculer le spectre de la lumière résiduelle.

m@ch3

[ilelogique]

merci,
je ne comprends pas trop ce qu'est un corps noir (qui n'émet aucun photon ?), mais donc alors : toute cette énergie finira par être stockée sous forme de chaleur dans les parois (augmentation de l'agitation des mollécules de la paroi) ?
ainsi : un objet ne laissant pas passer la lumière et donc forcément aussi un objet totalement isolant de la température ?

Qu'appellez-vous "lumière résiduelle" ?

merci.

[mach3]

je ne comprends pas trop ce qu'est un corps noir (qui n'émet aucun photon ?), mais donc alors : toute cette énergie finira par être stockée sous forme de chaleur dans les parois (augmentation de l'agitation des mollécules de la paroi) ?
ainsi : un objet ne laissant pas passer la lumière et donc forcément aussi un objet totalement isolant de la température ?

Qu'appellez-vous "lumière résiduelle" ?

Un corps noir est un objet qui ne rayonne qu'à cause de sa température. Il a alors un spectre d'émission typique dépendant cette température. En fait il n'y a que les corps qui absorbent le rayonnement et qui ont une température proche de l'ambiante ou en dessous qui paraissent noir: ils rayonnent dans les infrarouges. Des corps "noir" plus chaud vont être rouge, jaune, blanc puis bleu avec l'augmentation de la température (on a déjà débattu dans ce forum du fait que l'appellation "corps noir" est mal choisie, mais bon c'est un problème d'histoire des sciences). C'est ce phènomène qu'on observe quand on chauffe du métal à haute température: il rougi d'abord, puis devient jaune puis blanc (d'où l'expression "chauffé à blanc").

En gros dans l'expérience de la boite fermée, aux murs réfléchissants, dans laquelle on injecte des photons, on a au départ une situation hors équilibre: les murs ne sont pas à la même température que le "bain" de photons contenus dans la boite. Si les murs ne sont pas parfaitement réfléchissant, ils vont progressivement absorbés les photons "chaud" et en réémettre des plus "froid", jusqu'à ce que les murs et le "bain" de photon soient à la même température. Le spectre qui sera émis par les mur sera alors celui d'un corps noir à cette température.

m@ch3

[ilelogique]

Je ne comprends pas tout.
j'avais scindé ma question en deux parties, ce n'était que dans l'une d'entre elle que j'imaginais des murs réfléchissants.
On peut tenir le même raisonnement avec une boite étanche simple non ?
Enfin qu'appellez-vous photons chauds ou froids ???
Ayant une plus ou moins grand longueur d'onde ?
ce que je cherche à savoir c'est ce que deviennent les photons (puisque la lumière disparaît, même si c'est peu à peu dans le cas du miroir) ????
S'il restait des photons alors il resterait de la lumière, donc ils sont absorbés, mais de quelle façon ?
disparaissent-ils comme ça au profit d'une augmentation de l'agitation moléculaire des murs (élévation de la température) ou bien les atomes constatuant les parois absorbent-ils les photons en s'exitant (électrons qui s'éloignent du noyau) à la façon du laser ???

[mach3]

Je ne comprends pas tout.
j'avais scindé ma question en deux parties, ce n'était que dans l'une d'entre elle que j'imaginais des murs réfléchissants.
On peut tenir le même raisonnement avec une boite étanche simple non ?

oui, j'ai du un peu zappé le post originel, désolé. On a bien le même résultat avec des murs non réfléchissant: l'état final est une boite rempli de rayonnement avec le spectre du corps noir. Moins les murs sont réfléchissants, plus on arrive vite à cet état d'équilibre final.

Enfin qu'appellez-vous photons chauds ou froids ???
Ayant une plus ou moins grand longueur d'onde ?

Oui, c'est l'idée, mais c'est un peu impropre.

ce que je cherche à savoir c'est ce que deviennent les photons (puisque la lumière disparaît, même si c'est peu à peu dans le cas du miroir) ????
S'il restait des photons alors il resterait de la lumière, donc ils sont absorbés, mais de quelle façon ?

il reste des photons, c'est juste qu'ils ont une longueur d'onde trop longue (car la température du rayonnement est trop basse) et ils ne sont donc pas visible. Dans une telle boite à l'équilibre thermique à 20°C, on a majoritairement des photons infrarouges, donc invisible pour nos yeux.

m@ch3

[ilelogique]

merci, j'y vois plus clair, mais tout de même :
que se passe-t-il ?
j'envoie donc des photons dans cette pièce (au pouvoir réfléchissant relatif, d'un degré fixé indifférent) que leur arrive-t-il svp ???

[mach3]

Il peut arriver différente chose au photon qui arrive sur le mur, avec différente probabilité d'occurrence en fonction des propriétés du matériau:
-il peut être simplement réfléchi
-il peut être diffusé élastiquement (il est justement renvoyé à l'identique mais dans une direction quelconque)
-il peut être diffusé inélastiquement (effet Raman par exemple: il est renvoyé avec une fréquence un peu différente, ayant cédé ou pris un peu d'énergie au matériau
-il peut-être absorbé par le matériau, lui cédant l'intégralité de son énergie.

Les diffusions inélastiques avec perte pour le photon ou les absorptions, permettent au matériaux de peupler des états vibrationnels de plus en plus énergétique (sa température augmente). Cependant le matériau va spontanément redescendre progressivement vers des états moins excités, soit par diffusion inélastique avec gain, soit émission. Il le fait d'autant plus qu'il est dans un état plus excité.
Si le matériaux n'est pas dans un état d'énergie assez élevé (froid) il va recevoir plus d'énergie qu'il n'en cède et se réchauffer. Au contraire si il est dans un état trop énergétique, il va céder plus d'énergie qu'il n'en reçoit et se refroidir.
On arrive au bout d'un moment à un équilibre, ou le matériaux émet autant d'énergie qu'il en reçoit. Le spectre de la lumière qu'il va émettre (c'est à dire le nombre de photons en fonction de leurs fréquence) aura un profil caractéristique de corps noir.

m@ch3