L’année Einstein et les bouleversements de la physique : Planck et le spectre du corps noir

> > L’année Einstein et les bouleversements de la physique : Planck et le spectre du corps noir ; écrit le: 26 mars 2012 par azza modifié le 17 novembre 2014

Planck et le spectre du corps noir

L’autre énigme de la fin du xixesiècle était relative à l’émission de la lumière par les corps portés à haute température. Tout le monde à cette époque avait vu fonction­ner une forge. Le fer à cheval, par exemple, commençait par rougir, et, peu à peu, à mesure que sa température s’élevait, son éclat augmentait et se rapprochait d’une bel­le couleur blanche. Contrairement au cas des corps purs gazeux, qui, comme nous l’avons vu, se caractérisaient par l’émission de raies lumineuses de couleur bien définie, l’émission de lumière par les solides chauffés était un phénomène continu. En effet, si l’on dispersait la lumière ainsi émise au moyen d’un prisme, on pouvait ob­server toutes les couleurs de l’arc en ciel, depuis le rouge jusqu’à une limite qui se dé­plaçait de plus en plus vers le violet à mesure que la température s’élevait. Le spectre d’émission correspondant, obtenu en reportant l’intensité des rayonnements émis en fonction de leur longueur d’onde (ou, ce qui revient au même, de leur fréquence), était parfaitement continu . Pour expliquer ces résultats expérimentaux, les physiciens avaient élaboré une théorie qui s’appuyait sur un modèle physique particulier, le corps noir. Mais toutes les tentatives faites pour calculer son spectre d’émission avaient échoué. Les courbes calculées s’avéraient incapables de reproduire la courbe expérimentale sur toute son étendue.

À Berlin, en 1900, Max Planck s’attaque à ce problème, et lui trouve une solution mathématique. Il parvient à retrouver par le calcul le spectre du corps noir, mais au prix d’une hypothèse qui lui paraît absurde. Il lui faut admettre que les échanges d’énergie entre la matière émettrice et le rayonnement émis ne peuvent se faire que par paquets discontinus, qu’il nomme les « quanta ». La valeur de chacun d’entre eux s’obtient en multipliant la fréquence f du rayonnement correspondant par une cons­tante h, indépendante de f. Mais cette hypothèse, que Planck n’a introduite que com­me un artifice mathématique permettant d’obtenir le résultat escompté, est en contradiction avec l’idée que l’on se fait alors de l’émission des ondes électromagné­tiques en général, et de la lumière en particulier, qui ne devrait présenter aucune dis­continuité.

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