Un corps noir (Black Body)
Un corps noir est un corps idéalisé qui absorbe complètement le rayonnement électromagnétique incident de n’importe quelle longueur d’onde. Aucune réflexion ni transmission ne se produit avec lui.
Un corps noir rayonne l’énergie maximale possible pour tous les radiateurs possibles à chaque longueur d’onde. La densité de rayonnement est indépendante de l’angle. Le corps noir constitue la base pour comprendre les principes physiques de la technologie de mesure de la température sans contact et pour calibrer les appareils à absorption.
Lois de rayonnement du corps noir
La loi de rayonnement de Planck décrit le rayonnement spectral spécifique Mλs du corps noir dans le demi-espace en fonction de sa température T et de la longueur d’onde considérée λ. Elle représente donc la relation la plus fondamentale pour la mesure de température sans contact.
Le maximum du rayonnement spectral spécifique se déplace avec l’augmentation de la température vers des longueurs d’onde plus courtes. On peut en déduire une multitude d’autres connexions, dont deux sont brièvement nommées ci-dessous.
En intégrant l’intensité spectrale du rayonnement sur toutes les longueurs d’onde de zéro à l’infini, on obtient la valeur du rayonnement total émis par le corps. Cette relation est décrite comme la →loi Stefan-Boltzmann.
MλS = σ · T4 [W · m-2] mit σ = 5,67 · 10-8 [Wm-2T-4]
Le rayonnement total émis par un corps noir dans toute la zone de longueurs d’onde augmente proportionnellement à la quatrième puissance de sa température absolue.
La représentation graphique de la loi de rayonnement de Planck montre que la longueur d’onde à laquelle le rayonnement émis par un radiateur noir est à son maximum varie en fonction des variations de température. La →loi du rayonnement de Wien décrit cette relation et peut être dérivée de l’équation de Planck par différenciation. La longueur d’onde à laquelle se situe le maximum du rayonnement se déplace avec l’augmentation de la température vers la zone des ondes courtes.
λmax · T = 2898 µm · K
Structure du corps noir
En principe, la structure d’un corps noir est très simple. Un corps creux qui peut être chauffé possède un petit trou à une extrémité. Si ce corps est amené à une certaine température, cette cavité se trouve en équilibre de température. Le rayonnement noir idéal de la température réglée sort alors du trou. En fonction de la zone de température et de l’utilisation prévue, la structure de ces corps noirs dépend à la fois du matériau et de la structure géométrique. Si, par exemple, le trou dans le mur est très petit par rapport à la surface totale, la perturbation de l’état idéal peut être considérée comme mineure. Si l’on ne regarde plus que ce trou avec un capteur de mesure, alors le rayonnement de température émergent peut être considéré comme un rayonnement noir et l’instrument de mesure peut être calibréavec lui.
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