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Questions aux experts
Energie, lumière, son
Question sur l'absorption de la lumière par des objets noirs
Bonjour à toutes et à tous, je m'excuse par avance si la réponse a été donnée ailleurs je ne l'ai pas trouvée
J'ai lu une question intéressante sur ce forum :
- "J'aimerais savoir où va la lumière quand elle rencontre un corps opaque noir (et qu'elle n'est ni réfléchie ni réfractée).
D'autre part quelles expériences pour prouver qu'on voit les objets par la lumière qu'ils réfléchissent ?"
Réponse --> - La lumière absorbée par un corps noir échauffe ce corps
-Une partie de la lumière sera absorbée (d'autant plus grande que le corps est opaque et sombre). Un corps opaque noir absorbe beaucoup de lumière, c'est à dire, l'énergie lumineuse qu'il reçoit est transformée en une autre forme d'énergie, en particulier cela augmente sa température.
Ma question donc est : Pourquoi les objets ne changent pas de couleur une fois que leur énergie est équilibrée par la réception de lumière ?
J'entends par exemple un objet noir qui absorbe presque tout le spectre lumineux (et chauffe donc), pourquoi ne devient-il pas blanc au fur et à mesure de l'exposition ? Absorbe-t-il de la lumière en continu ? Une fois les niveaux d'énergie équilibrés au niveau atomique entre l'énergie lumineuse reçue et l'énergie thermique émise, ne devrait-il renvoyer la lumière et changer de couleur ?
Merci pour votre réponse.
Wed 18/05/22 - 16:00
Changer de couleur est expliqué par la transition du niveau d'énergie ;
Comme pour l’absorption, l’énergie du photon émis sera égale à la différence d’énergie entre les deux niveaux d’énergie.
Avec les formules, cela va permettre de connaître la fréquence et la longueur d’onde du photon émis et de la radiation correspondante.
Ainsi,
Pour passer d’un niveau A à un niveau supérieur B, l’électron doit absorber un photon d’énergie EXACTEMENT ÉGALE à ΔE.
On a alors ΔE = hf.
Quand il passe d’un niveau A à un niveau inférieur B, l’électron va émettre un photon d’énergie égale à ΔE.
On a alors ΔE = hf
D'ailleurs je vous invite à une lecture sur les échanges énergétiques entre la lumière et la matière : https://sites.google.com/site/tpehomochromie/i-interaction-lumiere---matiere-la-coloration-d-un-objet/a-les-echanges-energetiques-entre-la-lumiere-et-la-matiere
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mer 18/05/2022 - 23:21
Bonjour Thomas,
Merci pour votre question.
En complément de la réponse Frédéric, on peut ajouter que pour qu'un corps émette un rayonnement d'origine thermique dans le spectre visible, il faut qu'il soit vraiment chaud : environ 700 °C pour le rouge (comme un métal "chauffé au rouge" ou la lave en fusion), vers 6000 °C pour le blanc et au-delà de 7000 °C pour le bleu.
Lorsque vous évoquez l'équilibre entre l'énergie lumineuse reçue et celle qui est renvoyée vous considérez que le soleil et le corps noir sont isolés du reste du monde or ce n'est pas le cas. Le corps noir qui reçoit la lumière du soleil ne va pas chauffer jusqu'à atteindre la température du soleil. Il ne reçoit qu'une petite partie de l'énergie du soleil (qui rayonne dans toutes les directions) et il en perd non seulement par son propre rayonnement mais aussi par convection dans l'air ou conduction avec son support.
Bonne journée,
Quentin
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jeu 19/05/2022 - 09:40
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Bonjour,
A la température ambiante envisagée implicitement dans votre exemple, le rayonnement émis par un objet (fût-il de couleur noire) à cause de sa température est dans le domaine infrarouge. Votre raisonnement est parfaitement correct et l'objet que vous considérez, s'il s'échauffe, changera bien de couleur mais pas de manière perceptible dans le domaine visible, dans l'infrarouge. Votre oeil ne perçoit pas ce changement mais une caméra thermique fera ça très bien !
Pour que l'objet considéré change de couleur dans le domaine du visible, il faut que l'échauffement soit énorme et la lumière à l'origine de l'échauffement extrêmement intense. Un puissant laser par exemple.