E S - Le Soleil, notre source d'énergie Le rayonnement solaire
Température et couleur du Soleil
Le Soleil étant très chaud, aucune sonde ne peut s'en approcher.
Comment détermine t-on la température et la couleur du Soleil ? Document 1 : Les diérents domaines de rayonnement électromagnétique.
Un rayonnement électromagnétique correspond à l'ensemble des radiations de longueur d'onde λ émises par une source. Les radiations visibles par l'÷il humain sont comprises entre 400 et 800 nm environ (Voir doc 2 p 70).
Document 2 : Le rayonnement du corps noir
Un corps noir est un corps idéal et théorique imaginé par les physiciens qui absorberait l'intégralité des radiations électromagnétiques reçues quelle que soit leur longueur d'onde. Il ne diuserait donc aucune radiation et représenterait le noir absolu.
Lorsqu'il est chaué, un corps noir émet un rayonnement d'origine thermique dont le spectre est continu. Ce rayonnement et donc son spectre ne dépendent que de la température de surface du corps noir qui émet.
Le prol spectral d'un rayonnement est la représentation graphique de l'intensité du rayonnement en fonction de la longueur d'onde. Le graphique du doc 4 p 70 montre les prols spectraux d'un corps noir à diérentes températures.
Document 3 : Le prol spectral du Soleil
En 2008, Les astronomes de la station spatiale internationale (ISS) ont installé un instrument, SOLAR- SOLSPEC, spécialement conçu pour enregistrer le spectre du Soleil. Ce spectre thermique du Soleil a permis d'identier des raies d'absorption impossibles à voir depuis le sol. Il sert désormais de spectre de référence pour le Soleil (Voir doc 6 p 70).
Document 4 : La loi de Wien
En 1896, Wilhem Wien, un physicien allemand, étudie le rayonnement du corps noir et établit de façon empirique (par l'expérience) une relation mathématique entre la température du corps noir et la longueur d'ondeλmaxcorrespondant au maximum d'intensité de son prol spectral. En eet, il remarque que le produit de ces 2 grandeurs est une constante !
λmax.T = 2,8989.10−3
λmax longueur d'onde du maximum d'émission en m
T température de surface en K (T(K) = T(°C) + 273,15)
1. Comment évolue la longueur d'onde au maximum d'intensité quand la température du corps noir augmente ? 2. Le Soleil est considéré comme un corps noir. Pourquoi émet-t-il de la lumière ?
3. À quelle couleur correspond la longueur d'onde au maximum d'intensité pour le Soleil ? Est-ce en accord avec la couleur du rayonnement émis par le Soleil ? Proposer une explication.
4. Quelle est l'unité de la constante dans la loi de Wien ?
5. À l'aide du document 4, déterminer la température de surface du Soleil en degré Celsius en expliquant votre raisonnement.
Bilan :
Le corps noir est un corps idéal qui absorbe toutes les radiations électromagnétiques qu'il reçoit.
Le rayonnement émis par un corps noir ne dépend que de la température du corps.
Le spectre du Soleil montre qu'il se comporte comme un corps noir qui émet des radiations dans tout le spectre électromagnétique avec un maximum d'émission à λmax= 500 nm.
La température de surface est liée à la longueur d'onde du maximum d'émission par la loi de Wien.
La couleur de ce maximum d'émission ne correspond pas à la couleur apparente de l'ensemble du rayonnement.
Bilan :
Le corps noir est un corps idéal qui absorbe toutes les radiations électromagnétiques qu'il reçoit.
Le rayonnement émis par un corps noir ne dépend que de la température du corps.
Le spectre du Soleil montre qu'il se comporte comme un corps noir qui émet des radiations dans tout le spectre électromagnétique avec un maximum d'émission à λmax= 500 nm.
La température de surface est liée à la longueur d'onde du maximum d'émission par la loi de Wien.
La couleur de ce maximum d'émission ne correspond pas à la couleur apparente de l'ensemble du rayonnement.
Bilan :
Le corps noir est un corps idéal qui absorbe toutes les radiations électromagnétiques qu'il reçoit.
Le rayonnement émis par un corps noir ne dépend que de la température du corps.
Le spectre du Soleil montre qu'il se comporte comme un corps noir qui émet des radiations dans tout le spectre électromagnétique avec un maximum d'émission à λmax= 500 nm.
La température de surface est liée à la longueur d'onde du maximum d'émission par la loi de Wien.
La couleur de ce maximum d'émission ne correspond pas à la couleur apparente de l'ensemble du rayonnement.
Bilan :
Le corps noir est un corps idéal qui absorbe toutes les radiations électromagnétiques qu'il reçoit.
Le rayonnement émis par un corps noir ne dépend que de la température du corps.
Le spectre du Soleil montre qu'il se comporte comme un corps noir qui émet des radiations dans tout le spectre électromagnétique avec un maximum d'émission à λmax= 500 nm.
La température de surface est liée à la longueur d'onde du maximum d'émission par la loi de Wien.
La couleur de ce maximum d'émission ne correspond pas à la couleur apparente de l'ensemble du rayonnement.
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Correction - Température et couleur du Soleil
1. Lorsque la température du corps noir augmente, le maximum d'émission de rayonnement du corps noir diminue.
2. Le Soleil est considéré comme un corps noir chaué par toutes les libérations d'énergie résultantes des réactions de fusion qui s'y produisent. Sa température de surface est telle que le maximum d'émission du rayonnement par le Soleil se trouve dans la partie visible du spectre électromagnétique.
3. Par lecture graphique la longueur d'onde du maximum d'émission du Soleil est située à environ λmax = 500 nm.
Cette longueur d'onde correspond à une radiation bleue (à la limite du vert). Le Soleil n'émet pas un rayon- nement de cette couleur mais un rayonnement blanc. En eet on observe qu'il émet des radiations dans tout le domaine visible, il émet un rayonnement polychromatique blanc.
La longueur d'onde du maximum d'émission n'a aucun lien avec la couleur des radiations émises mais unique- ment avec la température du corps.
4. Elle s'exprime en K.m.
5. Grâce à la loi de Wien, T = 2,8989.10−3
λmax = 2,8989.10−3
500.10−9 T = 5798 K= 5525 °C
