Rayonnement et température

[Fraise]

Bonjour tout le monde !

 

Ma question est simple, je ne comprends pas pourquoi la température d'une étoile et sa couleur sont liées. Je ne vois pas le lien entre rayonnement électromagnétique et température. J'ai cherché un peu sur internet, les sites parlent de corps noir, de loi de Wien qui relie la température à la couleur. Mais je n'arrive pas à ma représenter cette relation d'un point de vue physique.

Je ne vois pas du tout ce qu'est un corps noir. Est-ce un concept abstrait ou est-ce que c'est toujours un objet bien précis ? Il n'en existe pas en réalité n'est-ce pas ? C'est juste une notion purement théorique dont la "caractéristique" permet, par comparaison de trouver la luminosité des étoiles ou je sais pas quoi ? Enfin, ma question principale c'est la relation entre couleur et température. Je sais que ces deux grandeurs sont proportionnelles mais je ne comprends pas pourquoi ?

 

Merci d'avance !

[astrotophe]

Question fort intéressante, surtout que ce n'est pas le formalisme mathématique qui t'intéresse mais la physique.

 

Pour commencer, il faut savoir qu'en valeur absolue une étoile bleu produit plus de photon "rouge" qu'une étoile rouge. C'est la loi de Planck. Tous les corps produisent des rayonnements de toutes les couleurs mais en plus ou moins grande quantité.

Si on passe en relatif, une étoile rouge produit beaucoup plus de photon "rouge" que "bleu" et inversement pour une étoile bleu.

 

Comment le photon naît ? Le photon résulte de la transition de l'électron entre 2 niveaux électroniques (il descend de niveau, perte d'énergie). Si l'écart en les niveaux est grand, le photon contiendra beaucoup d'énergie (il sera plus bleu). Il existe une relation entre énergie et fréquence : Energie = constante de Planck (h) * fréquence. Pour schématiser, on peut prendre l'exemple d'une corde à laquelle on fait faire des oscillations. Si tu fais des oscillations rapides (hautes fréquences), tu vas te fatiguer plus vite (grande énergie de perdu).

 

Après comment l'électron a-t-il pu monter d'un ou plusieurs niveaux ? Quand l'électron gagne de l'énergie, il n'a qu'une seule possibilité, c'est de monter de niveau. L'énergie peut lui être apportée par un photon, .... ou un choc avec un autre "atome". Le choc dépend de l'agitation des molécules qui est fonction de la température.

 

J'espère que j'ai été assez clair, ce n'est pas si facile à expliquer clairement.

 

Le corps noir est un concept abstrait mais il existe des corps qui s'en rapproche fortement. C'est un corps qui absorbe tout le rayonnement qui lui parvient. C'est également, le corps qui émet le plus d'énergie sous forme de rayonnement pour une température donnée.

[Invité shf]

En complément des précisions d'Astrotophe, ça n'est pas trop mal expliqué ici :

 

http://fr.wikipedia.org/wiki/Corps_noir

 

 

En conclusion, et d'une manière assez simpliste, quand on chauffe progressivement un objet, on lui communique de l'énergie et il s'en suit une agitation électronique des atomes constituant cet objet, les électrons de ces atomes sautent de leur couche initiale autour du noyeau de l'atome, vers une couche plus élevée en absorbant l'énergie calorifique, puis ils reviennent à leur état initial en libérant cette énergie sous forme d'un rayonnement électromagnétique dans le domaine visible. Si l'énergie qu'ils ont reçue sous forme de chaleur n'est pas trop élevée, les électrons ont sauté sur une couche plus élevée mais relativement proche, et la lumière du rayonnement électromagnétique produit quand les électrons redescendent sur leur couche initiale sera dans le rouge.

 

Si on chauffe plus, les électrons sautent sur des couches plus hautes, et reviennent ensuite à leur état initial en émettant un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde plus courte, plus énergétique, donc de couleur différente du rouge. Et ainsi de suite...

 

Ainsi, en chauffant de plus en plus (c'est à dire en augmentant la température de l'objet qu'on chauffe), cet objet va changer de couleur en passant du rouge au bleu, et la couleur qu'il a est donc liée à sa température.

 

Le travail du forgeron est une bonne illustration de ce phénomène, la barre de fer qu'il chauffe dans son four pour ensuite la travailler, va passer au fur et à mesure qu'il la chauffe, d'une couleur rouge à jaune de plus en plus clair. Et en fonction de la couleur qu'elle prend, on peut dire quelle est sa température.

 

Idem pour les étoiles comme le soleil qui entretient sa température par énergie thermonucléaire. Leur couleur permet de dire quelle est leur température de surface.

 

N.B. C'est assez primitif et imprécis comme explication, mais en gros, c'est ce qui se passe.