Qu’est-ce que la loi de Wien sur le déplacement – Définition

Loi de déplacement de Vienne

Comme on peut le voir sur la figure, la courbe de rayonnement du corps noir pour différentes températures atteint son maximum à une longueur d’onde inversement proportionnelle à la température . La loi de Wien (nommée d’après un physicien allemand) décrit le décalage de ce pic en termes de température. La loi de déplacement de Wien et le fait que la fréquence soit inversement proportionnelle à la longueur d’onde indiquent également que la fréquence de pointe f _max  ( couleur de l’objet ) est proportionnelle à la température absolue T du corps noir. Par conséquent, lorsque la température augmente, la couleur rougeoyante passe du rouge au jaune au blanc au bleu.

Selon la loi de Wien sur le déplacement , la luminance énergétique spectrale du rayonnement du corps noir par unité de longueur d’onde atteint son _maximum à la longueur d’onde λ _max, donnée par

où T est la température absolue en Kelvins, b est une constante de proportionnalité, appelée constante de déplacement de Wien , égale à 2,8978 × 10 ⁻³ Km . Il convient de noter que, même à une température de blanc de 2000 K, environ 99% de l’énergie radiante est toujours émise dans le spectre infrarouge (invisible).

Bien que le changement de ce pic soit une conséquence directe de la loi de Planck , Wilhelm Wien l’avait découvert plusieurs années avant que Max Planck ne développe cette équation plus générale.

Rayonnement du corps noir

Il est connu que la quantité d’énergie de rayonnement émise par une surface à une longueur d’onde donnée dépend du matériau du corps et de l’état de sa surface ainsi que de la température de la surface . Par conséquent, divers matériaux émettent différentes quantités d’énergie radiante même lorsqu’ils sont à la même température. Un corps qui émet le maximum de chaleur pour sa température absolue s’appelle un corps noir .

Un corps noir est un corps physique idéalisé, qui a des propriétés spécifiques. Par définition, un corps noir en équilibre thermique a une émissivité de ε = 1,0 . Les objets réels ne dégagent pas autant de chaleur qu’un corps noir parfait. Ils émettent moins de chaleur qu’un corps noir et sont donc appelés corps gris.

La surface d’un corps noir émet un rayonnement thermique à un taux d’environ 448 watts par mètre carré à la température ambiante (25 ° C, 298,15 K). Les objets réels avec des émissivités inférieures à 1,0 (par exemple, un fil de cuivre) émettent des radiations à des vitesses correspondantes plus faibles (par exemple, 448 x 0,03 = 13,4 W / m ² ). L’émissivité joue un rôle important dans les problèmes de transfert de chaleur. Par exemple, les capteurs de chaleur solaire incorporent des surfaces sélectives à très basse émissivité. Ces capteurs ne gaspillent que très peu d’énergie solaire par émission de rayonnement thermique.

Puisque l’ absorption et l’ émissivité sont interconnectées par la loi de Kirchhoff sur le rayonnement thermique , un corps noir est également un absorbeur parfait du rayonnement électromagnétique.

Loi de Kirchhoff sur le rayonnement thermique :

Pour un corps arbitraire émettant et absorbant un rayonnement thermique en équilibre thermodynamique, l’émissivité est égale à l’absorptivité.

émissivité ε = absorptivité α

Un corps noir absorbe tous les rayonnements électromagnétiques incidents, indépendamment de la fréquence ou de l’angle d’incidence. Sa capacité d’absorption est donc égale à l’unité, qui est également la valeur la plus élevée possible. Autrement dit, un corps noir est un absorbeur parfait (et un émetteur parfait ).

Notez que le rayonnement visible occupe une bande très étroite du spectre de 0,4 à 0,76 nm, nous ne pouvons pas porter de jugement sur la noirceur d’une surface sur la base d’observations visuelles. Par exemple, considérons le papier blanc qui réfléchit la lumière visible et apparaît donc blanc. En revanche, il est essentiellement noir pour le rayonnement infrarouge ( absorptivité α = 0,94 ) car ils absorbent fortement le rayonnement à grande longueur d’onde.