Rayonnement et astrophysique : application au soleil.

Résumé du document

Ce document donne dans une première partie le lien entre rayonnement et couleur d'une étoile, dans une deuxième partie il décrit la vie d'une étoile. Enfin, il présente trois méthodes de mesure de la température superficielle du soleil.

En particulier, on s'intéresse au thermosécanzétahéliomètre à rotule, qui est un appareil qui permet de mesurer la température superficielle du soleil. Ainsi, les principes de la thermodynamique sont appliqués à cette méthode très simple mais qui donnent des résultats très satisfaisants.

Nous comparons trois méthodes:
-celle utilisant le thermosécanzétathéliomètre
- une méthode par l'application de la loi de Planck et la comparaison avec la courbe d'émission du corps noir
- une méthode pas spectroscopie

La comparaison des trois méthodes amène à un résultat tout-a-fait satisfaisant, très proche de la valeur théorique.

Extraits

[...] C'est ce que l'on appelle la catastrophe ultraviolette. diagrammes expérimental et théorique de u(T,ν)=f(ν) I La loi de Planck ou comment relier basses et hautes fréquences. A l'équilibre thermodynamique, la matière (ici la paroi du corps noir) et le rayonnement échangent en permanence de l'énergie. Planck postule que les transferts d'énergie se font de manière discontinue. Ainsi, la matière et le rayonnement interagissent en absorbant ou en émettant des quantités d'énergie nε (où n est un entier et ε un grain d'énergie : un quantum d‘énergie). [...]

[...] - le rayonnement émis, le rayonnement absorbé et les parois doivent constituer un système fermé afin que l'ensemble soit à l'équilibre. I Première expérience de Wien. On considère un corps noir sphérique dont les parois vont à une vitesse v constante. On sait que lorsqu'une onde électromagnétique rencontre une paroi en mouvement, sa fréquence après le choc est différente de sa fréquence avant le choc (effet Doppler Fizeau). On note δν la variation de fréquence d'une onde lors d'un choc. [...]

[...] Rayonnement et Astrophysique 1. Lien entre rayonnement émis, température et couleur de l'étoile I.1. Démarche Historique I Préliminaires Une entrée en matière : soit u la densité d'énergie, c'est à dire l'énergie rayonnée par unité de volume. Notons que où T est la température du corps qui rayonne. De plus, on remarque que lorsqu'on chauffe un corps, la couleur du rayonnement varie selon la température. Ces couleurs résultent des ondes lumineuses (ondes électromagnétiques émises par la substance chauffée). A une onde électromagnétique est associée une fréquence ν et donc une longueur d'onde λ par la relation λ'c/ν. [...]

[...] On peut par ailleurs relier ΔV/V et ΔT/T (variation relative de température du corps noir) en écrivant que les parois subissent une compression isentropique réversible (dS=0). De ceci on déduit la loi de Wien Ainsi : diagramme de en fonction de v La loi de Wien se vérifie expérimentalement (cf : diagramme ci- dessus). On observe en effet que lorsqu'on augmente la température du corps, le maximum d'énergie émise ( ) se situe pour une fréquence ν de plus en plus élevée, vérifiant par conséquent la loi I Détermination de la fonction g(ν/T) par Rayleigh et Jeans. [...]