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| ====== Gaz de photons ====== | ====== Gaz de photons ====== |
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| | Au XIXe siècle, le rayonnement lumineux a fait l'objet d'études : |
| | * [[wp>fr:Loi_de_Wien|Loi de Wien]] (1896) |
| | * [[wp>fr:Loi_de_Rayleigh-Jeans|Loi de Rayleigh-Jeans]] (1900) |
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| | Les photons suivent les hypothèses suivantes : |
| | * ils se déplacent à la [[wp>fr:Vitesse_de_la_lumière|vitesse de la lumière]] c dans le vide |
| | * sont des bosons |
| | * ont une masse nulle au repos |
| | * ont un spin unitaire avec deux valeurs possibles de sa projection (-1 et 1), donc deux états de polarisation différents |
| | * l'énergie d'un photon de fréquence $\nu$ vaut vaut $h \nu$, la quantité de mouvement $h\nu /c$ ou $h/ \lambda = \hbar \mathbf{k}$ ou $\mathbf{k}$ est le [[wp>fr:Vecteur_d'onde|vecteur d’onde]] du photon |
| | * le potentiel chimique est nul |
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| | La thermodynamique statistique développée au début du XXe siècle a permis de donner une théorie satisfaisante du rayonnement dit du corps noir : Bose, Einstein, Planck,... |
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| | * Nombre d'états quantiques d'impulsion ou d'énergie ou de fréquence donnée |
| | * nombre de particules (photons) dans un état d'énergie donnée |
| | * Loi de répartition spectrale de l'énergie (Planck) |
| | * émittance du corps noir (Stefan) |
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| ===== Loi de Stefan ===== | ===== Loi de Stefan ===== |
| On place un themomètre (thermocouple) dans un four porté à des températures relativement élevées. On place à proximité une [[http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermopile|thermopile]] pour mesurer l'énergie du rayonnement dans un secteur d'angle solide constant. Analyser les données expérimentales suivantes : | On place un thermomètre (thermocouple) dans un four porté à des températures relativement élevées. On place à proximité une [[http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermopile|thermopile]] pour mesurer l'énergie du rayonnement dans un secteur d'angle solide constant. Analyser les données expérimentales suivantes (//cf.// ce [[http://www.leybold-shop.com/physics/physics-experiments/optics/light-intensity/laws-of-radiation/stefan-boltzmann-law-measuring-the-radiant-intensity-of-a-black-body-as-a-function-of-temperature/vp5-5-2-1.html|montage expérimental]]) : |
| <csv delim=;> | <csv delim=;> |
| "T(°C)";"signal thermopile (u.a.)" | "T(°C)";"signal thermopile (u.a.)" |
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| Conclure par rapport à un modèle théorique. | Conclure par rapport à un modèle théorique. |
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| | Autre série de mesures : |
| | <csv delim=;> |
| | "T(°C)";"signal thermopile (u.a.)" |
| | "20";"11" |
| | "35";"66" |
| | "55";"107" |
| | "75";"178" |
| | "95";"275" |
| | "115";"390" |
| | "135";"537" |
| | "155";"707" |
| | "175";"899" |
| | "195";"1107" |
| | "215";"1349" |
| | "235";"1645" |
| | "255";"1936" |
| | "275";"2254" |
| | "295";"2590" |
| | "305";"2832" |
| | </csv> |
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| ===== Loi de Rayleigh-Jeans ===== | ===== Loi de Rayleigh-Jeans ===== |
| Maximiser le fonction de distribution du rayonnement en fonction de la fréquence ou de la pulsation. | Maximiser le fonction de distribution du rayonnement en fonction de la fréquence ou de la pulsation. |
| * [[http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_du_d%C3%A9placement_de_Wien]] | * [[http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_du_d%C3%A9placement_de_Wien]] |
| | * [[https://en.wikipedia.org/wiki/Wien's_displacement_law]] |
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| Maximiser en fonction de la longueur d'onde | Maximiser en fonction de la longueur d'onde |
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| * [[http://en.wikipedia.org/wiki/Planck%27s_law#Peaks]] (la différence est commentée) | * [[http://en.wikipedia.org/wiki/Planck%27s_law#Peaks]] (la différence est commentée) |
| | * [[https://www.researchgate.net/publication/260105752_Black_body_radiation_as_a_function_of_frequency_and_wavelengthan_experimentally_oriented_approach|Black body radiation as a function of frequency and wavelength:an experimentally oriented approach]], Ademir Xavier, Sergio Celaschi Revista Brasileira de Ensino de Física (Impact Factor: 0.1). 01/2012; 34(2) |
| | * [[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/wien3.html]] |
| | * [[http://scitation.aip.org/content/aapt/journal/ajp/71/12/10.1119/1.1604387]] - pdf [[http://www.kiroku.riec.tohoku.ac.jp/simon/quantum/black-body-peak.pdf|ici]] |
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| ===== Pression d'un gaz de photons ===== | ===== Pression d'un gaz de photons ===== |
| Montrer que PV =E/3V (voir cours) | Montrer que PV =E/3V (voir cours) |