En 1893, il découvre que la distribution des spectres du corps noirs passent par un maximum. Il observe que la longueur d'onde de ce maximum est inversement proportionnelle à sa température, c'est la fameuse loi de Wien.
En physique, la loi du déplacement de Wien, ainsi nommée d'après son découvreur Wilhelm Wien, est une loi selon laquelle la longueur d'onde à laquelle un corps noir émet le plus de flux lumineux énergétique est inversement proportionnelle à sa température.
Rappeler la loi de Wien
On rappelle la loi de Wien qui lie la longueur d'onde \lambda_{max} correspondant au maximum d'émission, exprimée en mètres (m), à la température T de surface du corps incandescent, exprimée en kelvins (K) : \lambda_{max} \times T = 2{,}89 \times 10^{-3} m.K.
La loi de Wien décrit la relation entre la longueur d'onde du maximum d'émission (λ max) et la température du corps noir. Elle stipule que la longueur d'onde du maximum d'émission est inversement proportionnelle à sa température.
= 0,014 387 768 77... m K (deuxième constante de rayonnement) ; T : température en kelvin (K).
c = c0/n, avec c0 = 299 792 458 m s−1 la vitesse de la lumière dans le vide et n l'indice de réfraction du milieu, est la vitesse de propagation du rayonnement du corps noir dans le milieu ; k = 1,380 649 × 10−23 J K−1 est la constante de Boltzmann ; T est la température de la surface du corps noir, en K.
Les différents détecteurs, qui ont pour fonction de capter la lumière visible, apparaissent noirs : ils ne réfléchissent guère la lumière ! Une étoile, le Soleil par exemple, est présenté comme un corps noir. A basse résolution spectrale, le spectre du soleil se superpose à celui d'un corps noir de température 5777 K.
Se dit d'un objet parfait absorbant l'énergie électromagnétique. À la différence d'un objet noir, l'objet gris aurait un taux de réflexion plus élevé, dépendant de la température.
g- La loi de Wien s'écrit λmax×T = 2,89×10−3 m.K avec λmax en mètre et T en kelvin.
La loi de Wien permet de traduire cette observation. Cette loi s'écrit sous la forme : λmax=Tk, où T est la température en kelvin et k vaut 2,898 ×10 -3 m·K.
La loi de Wien
Ex : la température du corps humain est de 37.5 °C, soit environ 310 K. On a donc : λmax = (2.90 × 10-3) / 310 = 9.35 × 10-6 m ou 9350 nm. Le maximum d'émission du corps humain se fait donc dans l'infrarouge.
On retrouve des valeurs proches de la valeur généralement retenue : constante solaire F ≈ 1368 W.m -2. Cette mesure peut-être réalisée par des satellites situés dans la partie supérieure de l'atmosphère.
T (K) = T (°C) + 273,15
Elle correspond à la température d'un corps noir qui émettrait une lumière de cette couleur. Ainsi, un corps noir à 1 000 K émet une lumière orangée et un corps noir à 10 000 K une lumière bleutée.
La lave d'un volcan est composée de roches en fusion, c'est-à-dire de roches portées à une température telle qu'elle a fondu (700 à 1 200°C), formant ce qu'on appelle du magma, rouge comme la braise.
En physique, un corps noir désigne un objet idéal qui absorbe parfaitement toute l'énergie électromagnétique (toute la lumière quelle que soit sa longueur d'onde) qu'il reçoit. Cette absorption se traduit par une agitation thermique qui provoque l'émission d'un rayonnement thermique, dit rayonnement du corps noir.
Un corps chaud (solide, liquide ou gaz sous haute pression) émet une lumière dont le spectre est continu. Un morceau de charbon, des braises, un filament d'une lampe à incandescence, la lave en fusion, une barre de fer sont des corps qui, une fois chauds, émettent une lumière dont le spectre est continu.
Par lecture graphique la longueur d'onde du maximum d'émission du Soleil est située à environ λmax = 500 nm. Cette longueur d'onde correspond à une radiation bleue (à la limite du vert).
Dans un milieu donné, la fréquence et la longueur d'onde sont liées par la formule : λ=c/f=c*T ou λ est la longueur d'onde en mètre (m), c la célérité de propagation de l'onde en mètre par seconde (m.s-1), f la fréquence (Hz) et T la période (s).
Un rayonnement infrarouge ou des ondes radio trop puissants produisent un excès de chaleur dans le corps, qui ne peut pas s'évacuer. Notre corps est alors mis sous pression, ce qui doit être évité. Notre corps lui-même émet un rayonnement infrarouge (voire quelques ondes radio) parce qu'il est chaud.
Cas de la Terre
La Terre est, de même, modélisée comme un corps noir. La température moyenne à sa surface est d'environ 288 K. En appliquant la formule de Wien, on calcule alors que la radiation lumineuse privilégiée émise est d'environ 10 μm , c'est à dire un rayonnement infrarouge.
Une possibilité de réaliser simplement un corps noir est d'aménager une petite ouverture dans une cavité fermée (Figure 3). Tout rayonnement pénétrant dans la cavité subit une multitude de réflexions et demeure piégée.
Le noir absorbe les rayons infrarouges du soleil et stocke la chaleur. Le noir absorbe même 90% de l'énergie. Donc le t-shirt noir risque effectivement de se transformer en véritable plaque de cuisson quand il est exposé au soleil. Évidemment l'énergie du soleil se transforme en chaleur.
Re : Longueur d'onde du noir
Vu notre système de vision, le noir c'est l'absence de lumière (donc pas de longueur d'onde) ou l'absence de lumière visible (longueurs d'onde inférieures à 350nm et longueurs d'onde supérieures à 800nm).
Pour résoudre l'énigme dite du « corps noir », Max Planck a fait appel à une hypothèse révolutionnaire : introduire de la discontinuité dans le raisonnement scientifique là où la continuité, malgré ses échecs, régnait en maître à l'époque.