Température de couleur du rayonnement du corps noir

Qu'est-ce qu'un corps noir?

Corps noir Est un corps inanimé qui absorbe toujours tout le rayonnement qui tombe sur lui et émet la même quantité d’énergie qu’il reçoit à une température constante.
Il n'y a pas d'existence réelle de corps noir. Mais l'approximation conduit l'idée à un corps noir parfait dans la pratique. Selon cette approximation, le corps noir est une enceinte creuse isolée contenant un petit trou dans un mur.

corps noir

L'énergie incidente pénètre à l'intérieur du corps noir et se reflète encore et encore contre le mur intérieur de ce corps noir.
Le corps noir agit comme un absorbeur parfait. Que cette cavité soit chauffée, toute l’énergie sera émise à travers ce trou.
Le rayonnement du corps noir courbé est présenté ci-dessous.

courbes de rayonnement du corps noir

Théoriquement, l’énergie totale émise par unle corps noir à une température donnée est fixe mais lors du rayonnement du corps noir, cette énergie totale n'est pas d'une seule longueur d'onde. Au contraire, l’énergie totale émise par ce corps noir a différentes longueurs d’onde allant de zéro à l’infini. De la longueur d'onde 780 nm à 380 nm, l'énergie rayonnée est dans la sensation visuelle. Il convient de noter ici que la quantité d'énergie de rayonnement par longueur d'onde n'est pas la même pour toutes les longueurs d'onde, mais qu'elle varie avec la longueur d'onde. Pour chaque température, il existe une longueur d'onde particulière pour laquelle l'énergie rayonnée par longueur d'onde devient maximale.

Cela signifie à une température particulière; de pointeL'existence de rayonnement spectral est à une longueur d'onde particulière. Cette longueur d'onde (longueur d'onde pour le rayonnement d'énergie de pointe) dépend de la température de ce corps noir. Lorsque la température diminue, le sommet de la courbe se déplace vers la droite, comme indiqué dans la figure ci-dessus. Cela implique dans le graphique que le pic de chaque courbe apparaît à une longueur d'onde plus courte lorsque la température augmente. Comme le rayonnement d'énergie se produit à toutes les longueurs d'onde, la courbe se rapproche beaucoup de l'axe horizontal mais ne touche jamais l'axe même lorsque la longueur d'onde est infiniment longue. La zone délimitée par la courbe à toute température indique l’énergie totale rayonnée par le corps noir à cette température particulière. Si la température varie, la quantité totale d'énergie émise varie également. Si nous connectons le sommet de toutes les courbes, nous obtiendrons une parabole, comme indiqué dans la figure ci-dessus.

Le graphique ci-dessus montre la sortie spectrale par rapport àlongueur d'onde. L'expression spectrale signifie puissance par unité de surface par unité de longueur d'onde. Selon la physique des rayonnements, la loi de Stefan-Boltzmann est applicable ici. Cette loi stipule que la puissance totale rayonnée par unité de surface d'un corps noir sur toutes les longueurs d'onde est directement proportionnelle à la quatrième puissance de la température du corps noir.


Ici, me est la puissance rayonnée par unité de surface et T est la température en Kelvin et σ est la constante de Stefan-Boltzmann. Ce pouvoir est émis par ce trou du corps noir.
Conformément à la loi de Plank

Où, Pe est la puissance rayonnée par unité de surface dans la direction normale par unité d'angle solide par unité de fréquence par ce corps noir à la température T.
h est la constante de Planck;
k est la constante de Boltzmann;
c est la vitesse de la lumière dans le vide;
T est la température absolue du corps.
υ est la fréquence du rayonnement électromagnétique;
Suivant la théorie classique, Wien a prouvé qu'à ce pic de longueur d'onde, la température absolue donne une valeur constante, à savoir,

Cette expression ci-dessus est appelée loi de déplacement de Wien. Cette loi décrit l'hyperbole passant par les points de pic des courbes présentées dans le graphique ci-dessus.

Blackbody pratique

Mais les corps noirs couvrent la gamme detempérature d'environ -20 à 3000 degrés Celsius (253 K à 3273 K) dans les cas pratiques. Et en conséquence, les longueurs d’onde maximales vont de 885 nm à 11500 nm. 885 nm est dans le visible alors que 1 10000 est un rayon infrarouge (IR). Les températures des corps noirs peuvent être déterminées dans une source d'étalonnage des corps noirs à point de congélation.
Un corps noir apparaît noir à la température ambiante. Encore une fois, la majeure partie de l'énergie qu'il émet se présente sous la forme d'un rayon infrarouge. Les yeux humains ne peuvent pas percevoir le rayonnement infrarouge d’un corps noir, car ceux-ci ne perçoivent jamais les couleurs à de très faibles intensités lumineuses. Ainsi, un corps noir qui est observé dans le noir à la température visible la plus basse, c’est-à-dire légèrement, apparaît en gris. Lorsque nous chauffons le corps noir un peu plus chaud, il apparaît en conséquence en rouge terne. Là encore, la température du corps noir est augmentée. En outre, il devient bleu-blanc vif.
Le diagramme de chromaticité montre la température de couleur d'un corps noir.

diagramme de chromaticité


La barre de couleur ci-dessous indique la température de couleur d’un corps noir.

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