Loi de Stefan-Boltzmann / Spectre d'émission

La loi de Stefan et Boltzmann stipule que tout corps dont la température est supérieure au zéro absolu émet un rayonnement calorifique,
qui dépend de sa propre température.

Lorsqu’un corps émet un rayonnement selon la loi de Stefan-Boltzmann, le spectre émis est caractéristique de la température.

Le rayonnement électromagnétique lui-même peut être divisé en plusieurs plages. La caractéristique distinctive étant la longueur d’onde. Ainsi, une partie du rayonnement émis par le soleil est la lumière que nous voyons.

L'image de gauche montre une classification du rayonnement de différentes longueurs d'onde et fréquences. Des exemples typiques de chaque rayonnement ont été ajoutés sous forme d'images.

Le rayonnement électromagnétique transporte de l'énergie. L'énergie d'un "faisceau" individuel dépend de la longueur d'onde (ou fréquence). Plus la longueur d'onde est courte (plus la fréquence est élevée), plus cette énergie transportée est élevée.

Si l'on consigne l’intensité (puissance rayonnée par surface) d'un radiateur thermique idéal en fonction des longueurs d'onde, on obtient les distributions indiquées pour différentes températures.

La puissance rayonnée augmente avec la température. De même, plus la température augmente, plus la longueur d’onde du rayonnement émis est courte et son niveau d’énergie élevé.

Les lignes de l'image peuvent être observées à des fins de comparaison.
Le soleil brille à une température de 5800K. L'intensité maximale du rayonnement solaire se trouve dans la lumière visible. En plus de la lumière visible, il comprend aussi des composantes à longueur d’onde courte et longue qui ne sont pas visibles à l'œil nu.
L'acier fond à une température d'environ 800K. La ligne à 1000K entre clairement à l’intérieur du spectre visible. L'acier brûlant serait perçu comme étant rouge vif.

Aufgrund der sehr schnellen Zunahme der Intensität mit der Temperatur ist die Achse in der sogenannten logarithmischen Darstellung gewählt. Dies hat Vorteile bei der Darstellung von Werten die um viele Größenordnungen auseinander liegen. Die Zahlenwerte der Skale steigen nicht linear sondern vervielfachen sich, beachte die Angaben.

La puissance rayonnée est proportionnelle à la puissance 4 de la température. Un doublement de la température correspond à une dissipation d'énergie par rayonnement multipliée par 16. La référence ici est à la température absolue, unité Kelvin. Dans le diagramme, la puissance dissipée correspond à la surface se trouvant en dessous de la courbe.

La taille de la surface rayonnante est également importante. La puissance rayonnée est proportionnelle à la surface.

Les contenus précédents sur le rayonnement calorifique en disent long sur la caractéristique des radiateurs thermiques. Si l’on s’appuie sur la définition, il est évident qu'il existe d'autres rayonnements qui ne sont pas émis par les radiateurs thermiques.

Le rayonnement calorifique a un spectre continu et cohérent.

Il existe également des sources de rayonnement qui n'émettent pas de rayonnement par le mécanisme du radiateur thermique. La plage de longueur d'onde émise n'est pas liée à la température de la source de rayonnement. L'image représente à titre d’exemple le spectre d'une LED rouge ainsi qu’un laser travaillant dans le spectre invisible.