Corps noir.

[morrow]

Bonjour,
Pour expliquer ce qu'est le "corps noir", on cite souvent l'image d'un four, isotherme, percé d'un petit trou.
Pourquoi le petit trou ?
Merci, au revoir.
-----

[LPFR]

Bonjour.
L'idée est de faire un dispositif qui se comporte comme un corps noir. C'est à dire qu'il ne réfléchisse pas la lumière qui lui tombe dessus.
Si on imagine que la réflexion sur les parois internes d'un rayon qui est entré et au hasard, la probabilité qu'il se réfléchisse vers le petit trou est (en gros) s/S où 's' est la surface du petit trou et 'S' la surface des parois internes de la boite.
Évidement, si les parois internes étaient parfaitement réfléchissantes le rayon de lumière finirait par trouver le petit trou après S/s réflexions. Mais comme les parois ne sont pas parfaitement réfléchissantes le rayon s’atténue lors de ses réflexions successives sur les parois internes.

Mais j'insiste sur le fait que ce qui se comporte comme un corps noir n'est pas la boite, mais le petit trou uniquement.
Au revoir.

[morrow]

Bonjour,
Merci, LPFR, d'avoir pris le temps de me répondre, mais j'avoue que je n'ai pas compris l'explication.
Y aurait-il une méthode autre pour répondre à la question (que j'imagine n'être pas le seul à me poser) ?
Merci d'avance pour ta patience.
Au revoir.

[fabang]

Que dire de plus que LPFR. Un corps noir est un objet idéal dont le spectre d'émission électromagnétique dépend de sa température. Donc si objet est à l'air libre, ou dans l'espace, il reçoit aussi le rayonnement électromagnétique émis par les corps environnant. En conséquence on voit cet objet émettre son propre rayonnement plus celui qu'il réfléchit en provenance des autres corps. (En gros s'il est très éclairé et froid, son émission propre sera insignifiante)
Donc la solution imaginée pour se rapprocher du corps noir idéal, c'est une sphère avec un petit trou dont on maitrise la température de la paroi interne. L'émission électromagnétique de cette paroi ne peut s'échappe que par le trou. Le trou lui même ne laisse rentrer que très peu de rayonnement provenant de l'extérieur qui sera réfléchit par la paroi. L'erreur de rayonnement de type corps noir du système sera dans le rapport des surfaces du trou et de la paroi interne de la sphère.

[A voir en vidéo sur Futura]

[morrow]

Bonjour,
Je crois avoir à peu près compris ce qu'était un "corps noir", c'est l'histoire du petit trou qui me gêne.
Par hasard, ne servirait-il pas tout simplement à introduire une sonde pour mesurer la température à l'intérieur de ce four/sphère ?
Désolé pour la candeur de cette remarque.
Au revoir.

[Deedee81]

Salut,

Précisons : un corps noir est un corps à l'équilibre thermique et qui absorbe tout rayonnement qui le frappe.

Un petit trou a justement cette propriété, tout bêtement ! (le rayon rentre dans le trou mais a peu de chance d'en sortir)

(avec en plus un thermostat derrière pour que la cavité soit à température constante, équilibre thermique oblige)

Bonjour,
Par hasard, ne servirait-il pas tout simplement à introduire une sonde pour mesurer la température à l'intérieur de ce four/sphère ?

On s'en sert aussi pour ça Mais avant tout, le corps noir est le trou.

[Anacarsis]

Il faut aussi noter que le corps noir est avant tout une approximation mathématique. De vrais corps noirs existent pour ainsi dire pas dans la réalité. Ce qui s'en rapproche le plus sont ce que l'on appelle des "corps gris".

[Deedee81]

Il faut aussi noter que le corps noir est avant tout une approximation mathématique. De vrais corps noirs existent pour ainsi dire pas dans la réalité. Ce qui s'en rapproche le plus sont ce que l'on appelle des "corps gris".

En effet. Il y a de très bons corps noir dans certaines gammes de fréquence (le trou et le Soleil dans une assez large gamme, le corps humain essentiellement dans l'infrarouge). Mais un corps noir parfait est une abstraction.

[LPFR]

Bonjour.
Je pense que le gros problème de morrow est d'accepteur que le "corps noir" n'est pas un "corps" mais le trou.
Peut-être qu'il pourrait accepter le nom de "machin noir", "truc noir" ou "radiateur parfait" pour le trou.
Au revoir.

[fabang]

Je trouve un peu abusif de dire que le trou est un corps noir. Par définition un trou c'est du néant. Le corps noir est après le trou.

[Gilgamesh]

Y'aurait trou noir mais c'est déjà pris (et ils constituent des corps noirs parfaits, du reste...)

[LPFR]

Je trouve un peu abusif de dire que le trou est un corps noir. Par définition un trou c'est du néant. Le corps noir est après le trou.

Re.
C'est pourtant le cas. Ce qui se comporte comme un trou noir est "le néant" de l'ouverture du trou Et non ce qu'il y a derrière
A+

[Deedee81]

EDIT croisement avec LPFR

Je trouve un peu abusif de dire que le trou est un corps noir. Par définition un trou c'est du néant. Le corps noir est après le trou.

Rien dans la définition de corps noir n'indique qu'il est matériel. Ce qui compte est qu'il ait les propriétés requises par sa définition, ce qui est le cas ici.
Evidemment, impossible d'en faire un corps noir sans ce qui est après le corps et qui permet : d'éviter à des rayonnements incident de sortir du trou et de garantir l'équilibre thermique.

Il y a peut être un peu abus de langage, mais juste un peu justement.

[Nicophil]

Bonjour,

Il faut aussi noter que le corps noir est avant tout une approximation mathématique. De vrais corps noirs existent pour ainsi dire pas dans la réalité. Ce qui s'en rapproche le plus sont ce que l'on appelle des "corps gris".

Je dirais plutôt que la courbe mathématique est exacte mais qu'il n'existe dans la réalité que des objets dont le rayonnement est proche du rayonnement du corps noir idéal ou du rayonnement idéal de corps noir.

Je trouve un peu abusif de dire que le trou est un corps noir. Par définition un trou c'est du néant. Le corps noir est après le trou.

Le trou est vide de matière mais il y a du rayonnement "dedans" : un rayonnement de corps noir.

[fabang]

Le rayonnement issu du trou est le rayonnement de spectre maitrisé émanant de la surface interne de la sphère.
Une remarque en passant (Gilgamesh), un trou noir n'émet pas de rayonnement et n'est donc pas un corps noir.
Si par hasard on perçoit un rayonnement il émane de matière en effondrement encore à l'extérieur de l'horizon du trou noir.

[Chanur]

Bonjour,

Le rayonnement issu du trou est le rayonnement de spectre maitrisé émanant de la surface interne de la sphère.
Une remarque en passant (Gilgamesh), un trou noir n'émet pas de rayonnement et n'est donc pas un corps noir.
Si par hasard on perçoit un rayonnement il émane de matière en effondrement encore à l'extérieur de l'horizon du trou noir.

Si, le rayonnement de Hawking, qui a exactement le spectre d'un rayonnement thermique. Comme en plus les trous noirs absorbent tout ce qu'on leur envoie, ce sont de parfaits corps noirs.

[Deedee81]

Salut,

EDIT Chanur, désolé, je n'avais pas vu tout de suite ta réponse. Je rend donc à César ce qui appartient à sa salade : tu as donné la bonne réponse avant moi

Une remarque en passant (Gilgamesh), un trou noir n'émet pas de rayonnement et n'est donc pas un corps noir.
Si par hasard on perçoit un rayonnement il émane de matière en effondrement encore à l'extérieur de l'horizon du trou noir.

En fait, ce n'est pas tout à fait vrai.

Première précision mineure : le rayonnement peut aussi venir des étoiles d'arrière-plan et même d'avant plan. Les premières images directes devraient le confirmer mais il devrait y avoir un anneau brillant bordant l'horizon dû à la lumière ambiante "tournant" autour de l'horizon (avec une forte asymétrie, à cause de la rotation).

Deuxième précision majeure : un trou noir est un corps noir !!!! Il répond à la définition de corps noir (et c'est même le corps noir le plus parfait qui soit) mais il émet aussi un rayonnement propre.
Ce sont les travaux de Bekenstein qui ont montré qu'en suivant les lois des la thermodynamique on pouvait associer une température (formelle) à un trou noir.
Hawking utilisant la théorie quantique des champs en espace-temps courbe a montré qu'un trou noir devait rayonner. Et le calcul montre que ce rayonnement est exactement celui d'un corps noir à la température du trou noir.
http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89v...es_trous_noirs
Pour les références, je conseille "Quantum fields in curved space" (birrell davies), "Quantum Field Theory in Curved Spacetime" (Parker Toms), ou "Aspects of Quantum Field Theory in Curved Spacetime" (Fullings)

Quel crédit donner à ces travaux ? Il est clair qu'on n'a jamais observé ces rayonnements. Ils sont trop faibles (même avec le nez sur un trou noir stellaire on ne le détecterait pas avec les moyens actuels). Il y a aussi quelques difficultés théoriques propre à la théorie (limite de Planck). Toutefois :
- Les recoupement avec la thermodynamique donnent un crédit très fort à la théorie.
- Les théories candidates à la gravité quantique (théorie des cordes, gravité quantique à boucles) permettent de calculer le nombre de micro-états du trou noir et aboutissent, via la physique statistique, à l'entropie et la température de Bekenstein-Hawking
- La théorie quantique des champs en espace-temps courbe n'utilise que des résultats issus de théories bien validées (théorie quantique des champs et relativité générale)
- Des effets semblables en espace-temps plat (techniquement on peut les résoudre avec la même théorie) ont été mesurés : l'effet Casimir (la thèse de Fullings donnée en annexe de son livre est particulièrement éclairante).

ReEDIT : Comme référence connue il y a aussi le Wald "thermodynamique des trous noirs", mais à part le passage justement sur la thermodynamique des trous noirs, je l'ai trouvé très difficile à lire.