Synthèse de documents sur le corps noir Ces trois documents

Synthèse de documents sur le corps noir
Ces trois documents présentent la notion de corps noir ainsi que les lois physiques
correspondantes.
Un objet nous parait noir lorsqu'il absorbe la lumière qu'il reçoit et qu'il ne nous renvoie
aucune lumière. Un corps noir, en physique, désigne un corps idéal qui absorbe totalement
tous les rayonnements électromagnétiques (dont la lumière visible) qu'il reçoit. L'intérieur
d'un four percé d'un petit trou est l'objet réel se rapprochant le plus d'un corps noir. Une
étoile peut être assimilée à un corps noir car elle absorbe la plus grande partie du
rayonnement qu'elle émet.
Un corps noir en équilibre thermique émet un rayonnement polychromatique et continue qui
ne dépend que de sa température. Trois lois permettent de décrire ce rayonnement.
D'après la loi de Stefan-Boltzmann (découverte expérimentalement par Stefan en 1879 et
confirmé par la théorie par Botzmann en 1884), l'énergie totale émise par un corps noir est
proportionnelle à la puissance 4 de sa température et à sa surface S. Si la température est
deux fois plus grande, l'énergie totale rayonnée par le corps noir est seize fois plus
grande. (Cela apparait dans la courbe de distribution de l'énergie d'un corps noir en
fonction de sa température : l'aire sous la courbe augmente en fonction de la
température). La loi de Stefan-Boltzmann permet, connaissant l'énergie totale émise par
une étoile et sa température T, de déterminer sa surface S.
La loi de Wien, découverte expérimentalement en 1893, indique que la longueur d'onde pour
laquelle l'émission du corps noir est maximale est inversement proportionnelle à la
température. (La courbe de distribution de l'énergie d'un corps noir présente un pic qui se
déplace vers la gauche lorsque la température augmente.) Cette loi permet de trouver la
température d'une étoile à partir de son maximum d'émission. Plus la longueur d'onde
correspondante est petite (proche du bleu), plus l'étoile est chaude.
La loi de Planck permet d'expliquer la distribution de l'énergie rayonnée selon la longueur
d'onde  (courbe en cloche). Planck est l'auteur de la théorie des quanta (1900) : il suppose
que l'énergie n'est pas émise de façon continue mais se fait par paquet appelé quanta (de
valeur hc/). Sans l'introduction de ce concept, la courbe expérimentale n'était pas
interprétable par la théorie classique.
L'étude du corps noir a permis d'établir des lois expérimentales applicables aux étoiles qui
nous permettent d'établir leur dimension et leur température. D'autre part, cela a permis
une avancée de physique théorique importante : la notion de quanta apportée par Planck
sera reprise par Einstein avec le concept de photon.