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Loi de Wien

Posté par
marialopez25
07-01-17 à 23:15

Bonsoir,

On vient tout juste d'aborder le chapitre sur les lumières et les ondes électromagnétiques en physique.

La professeure nous a un peu alertée en nous disant que si on ne comprenait pas ce chapitre ce sera très difficile pour la Terminale car il repose beaucoup sur cela...

Et en parlant, je n'ai pas du tout compris ce qu'était la loi de Wien, quelqu'un pourrait me l'expliquer clairement s'il-vous-plaît ?

Merci.
Maria

Posté par
dirac
re : Loi de Wien 08-01-17 à 07:28

Hello

En essayant de faire simple. On zoomera si tu le souhaites ensuite sur les notions qui te poseraient problème:

1ère notion: l'agitation thermique des atomes est une source de rayonnement électromagnétique.

Exemple: le filament à l'intérieur de l'ampoule électrique

2ème notion: un corps noir est un corps qui absorbe l'intégralité du rayonnement électromagnétique auquel il est soumis (c'est pour cela qu'il s'appelle "corps noir". Et n'émet un rayonnement que du fait de l'agitation thermique de ses atomes

Exemple d'objet assimilable à un corps moi: le soleil

Un "anti corps noir" serait par exemple  un miroir

3eme notion: le rayonnement d'un corps noir étant du à l'agitation thermique de ses atomes, on peut se représenter que sa température (son agitation thermique donc) aura une influence sur le rayonnement émis

C'est la loi de Wien qui établit (par l'expérience) que le spectre de ce rayonnement présente un maximum, fonction de la température du corps:


 \\ {\displaystyle \lambda _{\text{max}}={\frac {2,898\cdot 10^{-3}}{T}}}

A noter que cette loi de Wien date d'approx 1890, se déduit de la loi de Planck qui date elle de 1900, qui se déduit elle même de la loi de Bose Einstein qui date d'approx 1920

Posté par
marialopez25
re : Loi de Wien 08-01-17 à 23:48

Bonsoir,

Déjà pourriez vous m'expliquer ce qu'est un rayonnement électromagnétique?

Puis pour le corps noir je n'ai pas trop saisi la notion..
Désolée.
Merci beaucoup.

Maria.

Posté par
dirac
re : Loi de Wien 09-01-17 à 09:53

Citation :
On vient tout juste d'aborder le chapitre sur les lumières et les ondes électromagnétiques


Le rayonnement électromagnétique est l'émission d'onde(s) électromagnétique(s) par une source.

Il existe toutes sortes de sources et donc de rayonnement.

Toutes les sources de lumière dans ton environnement sont des sources de rayonnement électromagnétique

Le soleil émet des ondes dans le domaine du visible (la lumière) mais aussi dans le domaine non visible (UV, IR)

Une antenne émet une onde électromagnétique

...

A noter qu'un objet qui réfléchit le rayonnement électromagnétique est appelé une "source secondaire".: le miroir (réflexion spéculaire) , ma chemise bleue (réflexion diffuse)

Ma chemise est bleue car éclairée par de la lumière blanche elle "absorbe" certaines longueurs d'ondes (disons le rouge et le vert *) et elle diffuse (réflexion diffuse) d'autres longueurs d'onde (disons le bleu *)

J'espère que là tu me suis et tu as fait le lien avec ton cours sur la lumière.

On va maintenant essayer de faire simple *

Donc ma chemise est bleue car elle absorbe toutes les longueurs d'onde du visible sauf le bleu * qu'elle diffuse.

Donc si je l'éclaire avec du rouge, longueur d'onde qu'elle absorbe ... elle n'a rien à diffuser ...elle apparaitra ... noire *
Si je l'éclaire avec du jaune (qui ne contient toujours pas de bleu) elle apparaitra toujours noire *

Donc un "corps noir" est un objet qui ne diffuse (reflexion) aucune des longueurs d' onde d'un rayonnement électromagnétique auquel il est soumis. Puisqu'il ne diffuse rien, il est donc noir. Et puisqu'il ne diffuse rien, c'est qu'il absorbe toutes les longueurs d'ondes.

Or le rayonnement électromagnétique transporte de l'énergie  (sur la lune, au soleil il fait +150°C, à l'ombre -150°C *), donc, mon corps noir qui absorbe toute l'énergie, va commencer à monter en température: c'est la manifestation de l'agitation des atomes du fait de l'énergie absorbée. Et l'agitation thermique des atomes ... est source d'un nouveau rayonnement électromagnétique (on ne va pas ici creuser le pourquoi, on va l'admettre). Et contrairement à ma chemise bleue, ce rayonnement n'est pas fonction du rayonnement auquel le corps était soumis (il a tout absorbé!) mais uniquement de la composition de ce corps.

Ce rayonnement émis par le corps noir est composé de plusieurs (nombreuses) longueurs d'onde (exemple le soleil) en proportions diverses.

Wien a démontré expérimentalement que la longueur d'onde la plus présente variait lorsque la température du corps variait. Il a même démontré que ce maximum de longueur d'onde était inversement proportionnel à la température (ce qui ne devrait pas être réellement une surprise, mais je te laisse réfléchir au pourquoi)

C'est plus clair?

PS: les * pour les passages où j'ai fait "simple" pour bien comprendre les principes physiques, quitte à faire des approximations "challengeables"



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