Le rayonnement du corps noir
La loi du corps noir décrit le comportement du rayonnement électromagnétique lorsqu'il est en équilibre thermique avec la matière.
Elle précise la répartition spectrale de la densité volumique totale d'énergie électromagnétique.
On note
la densité spectrale correspondante, telle que la densité volumique d'énergie électromagnétique entre les fréquences
et
s'écrit
.
Le physicien Planck a établi à la fin du XIXe siècle que la densité spectrale
pouvait s'écrire :
La figure ci-dessous donne le graphe des courbes associées à
à différentes températures.
On établit que ces courbes passent toutes par un maximum qui dépend de la température pour une fréquence
qui suit la loi de Wien :
Il est remarquable de noter que le spectre de rayonnement d'un corps noir est continu et ne dépend pas de la nature physico-chimique de celui-ci mais uniquement de sa température.
Ces propriétés sont une conséquence directe de l'état d'équilibre thermique dans lequel se trouve le corps.
Les spectres d'émission et d'absorption des atomes sont discontinus.
Quand un corps est chauffé, il émet un rayonnement dans les bandes de son spectre d'émission.
Or, les spectres d'émission et d'absorption d'un atome sont identiques.
Il s'ensuit qu'à l'équilibre thermique, les atomes situés à l'intérieur d'un corps absorbent tout le rayonnement qu'ils émettent.
Il ne reste plus dans le corps qu'un rayonnement dont le spectre est continu et qui résulte de son état thermodynamique.
Exemple : Le soleil considéré comme un corps noir
Le maximum de la lumière solaire visible à la surface de la Terre se situe dans le jaune-vert, pour une longueur d'onde voisine de 483 nm, soit une fréquence :
Ce rayonnement est celui d'un corps noir de température :
correspondant à la température de surface du Soleil.
