Objets noirs et reflets

[entropik]

Bonsoir,
C'est sûrement une bête question mais je ne pouvais m'empêcher de la poser: puisque par définition, un objet est noir à cause de ses atomes (de surface) qui absorbent toute la lumière et donc n'en émettent pas, comment se fait-il qu'on distingue bien les reflets? Il y a bien une séries d'angles pour lesquels la lumière se réfléchit et rebondit en quelque sorte sur l'objet sans être absorbée pour parvenir à notre oeil?

[flaja]

Bonsoir.
La couleur provient de l'absorption du photon par un électron,
qui le ré-emet selon ses niveaux d'énergie,
d'où des raies spectrales.

La réflexion de la lumière,
provient probablement du champs électrique général
et à lieu si l'état de la surface est suffisamment lisse.

[entropik]

Bonsoir.
La couleur provient de l'absorption du photon par un électron,
qui le ré-emet selon ses niveaux d'énergie,
d'où des raies spectrales.

La réflexion de la lumière,
provient probablement du champs électrique général
et à lieu si l'état de la surface est suffisamment lisse.

Ah oui je n'avais pas pensé au champ électrique. Et comme celui-ci varie en fonction du rayon de courbure, il y a sûrement un lien avec le type de surface. Donc on pourrait peut-être dire que si la lumière ne se réfléchit pas sur une suface accidentée, c'est à cause de l'effet de pointe. Dans ce cas un champ électrique plus important favoriserait l'absorption des photons par les atomes noirs. Donc pour avoir des reflets il faut de grands rayons de courbure et donc de faibles champs électriques.

[entropik]

Mais est-ce que le champ électrique d'un banal objet noir est bien plus faible que celui d'un objet métallique? Je dirais que les électrons libres d'un métal ont une plus grande influence sur les charges environnantes que de simples électrons orbitant autour de leur atome. Dans ce cas ce que j'ai dis dans le post précédent ne colle pas avec ce qui se passe dans le micro-onde où l'effet de pointe dû à un métal élève le champ électrique local qui réfléchit d'autant plus les micro-ondes. Mais sûrement est-ce dû au cas particulier du métal. Dans le cas de l'atome noir un champ électrique élevé entraîne, à l'inverse, une meilleure absorption.

[entropik]

Bonsoir,
Je profite que ce cher Monsieur Lefebvre soit de retour parmi nous pour ramener ce post au goût du jour. J'aimerais savoir s'il y vraiment un lien entre réflexion et champ électrique. Merci d'avance pour me faire don de votre précieux temps.

[Dominique Lefebvre]

Bonsoir,
Je profite que ce cher Monsieur Lefebvre soit de retour parmis nous pour ramener ce post au goût du jour. J'aimerais savoir s'il y vraiment un lien entre réflexion et champ électrique. Merci d'avance pour me faire don de votre précieux temps.

Bonsoir,

La réflexion d'une onde électromagnétique sur une interface dépend des indices de réfraction des milieux du dioptre et donc de la nature de ces milieux.
La réflexion dépend du champ électrique incident dans la mesure où l'interface des deux milieux (le dioptre) conditionne la propagation du champ électrique incident...
L'état de surface de l'interface intervient donc dans le problème (pour des raisons d'optique pure). Mais sans doute pas le champ électrique régnant dans le solide métallique (qui est nul si le métal est un conducteur parfait...).

En tous les cas, pour en revenir à ta question initiale, nous avons affaire à deux phénomènes différents comme l'a remarqué flaja:
- la couleur qui est une propriété intrinsèque du solide, puisque dépendant de sa composition chimique,
- les reflets qui dépendent de l'état de surface du solide (sur le plan optique) et de la physique de l'OEM incidente : angle d'incidence, rapport des indices de réfraction des milieux, longueur d'onde.

Et donc, à supposer que l'on trouve un bloc de métal noir (sans traitement de surface comme de la peinture qui complique le problème), on peut tout à fait faire en sorte qu'il y ait des reflets ou pas lorsqu'on l'éclairera, alors que sa couleur perçue sera toujours noire... Et la présence de reflet ne dépendra pas de sa structure atomique ou de son champ électrique, mais uniquement de la manière dont tu l'éclaireras et aussi de la longueur d'onde de la lumière incidente...

[entropik]

En tous les cas, pour en revenir à ta question initiale, nous avons affaire à deux phénomènes différents comme l'a remarqué flaja:
- la couleur qui est une propriété intrinsèque du solide, puisque dépendant de sa composition chimique,
- les reflets qui dépendent de l'état de surface du solide (sur le plan optique) et de la physique de l'OEM incidente : angle d'incidence, rapport des indices de réfraction des milieux, longueur d'onde.

Est-ce que par phénomènes différents vous entendez phénomènes indépendants? Parce que si oui il me semble que cela ne colle pas avec ce que vous aviez dit au début

La réflexion d'une onde électromagnétique sur une interface dépend des indices de réfraction des milieux du dioptre et donc de la nature de ces milieux.

car je crois que la nature du milieu comprend sa composition chimique.

La réflexion dépend du champ électrique incident dans la mesure où l'interface des deux milieux (le dioptre) conditionne la propagation du champ électrique incident...

Qu'entendez vous par champ électrique incident? le champ dont les sources sont les électrons des molécules de l'atmosphère (dans le cas où le premier milieu est l'atmosphère) ou la partie champ électrique de l'onde électromagnétique incidente (du domaine visible)?

L'état de surface de l'interface intervient donc dans le problème (pour des raisons d'optique pure). Mais sans doute pas le champ électrique régnant dans le solide métallique (qui est nul si le métal est un conducteur parfait...).

L'état de surface de l'interface c'est donc bien la géométrie de la surface du solide (ici l'objet noir)? Si oui il me semblait que, vu l'effet de pointe, la géométrie avait un lien direct avec le champ électrique. Aussi, pardonnez mon ignorance mais je ne savais pas qu'un métal parfaitement conducteur avait un champ électrique nul. Je pensais qu'on pouvait associer un champ électrique à tout objet possédant des charges. Je suppose qu'en réalité, il n'existe pas de métal parfaitement conducteur.
Est-ce qu'un objet non métallique quelconque possède un champ électrique? Si oui on peut donc dire que les métaux ont des champs électriques beaucoup plus faibles que les non-métaux. Et ce serait pour cette raison que les métaux réfléchissent bien toutes les OEM?

Et donc, à supposer que l'on trouve un bloc de métal noir (sans traitement de surface comme de la peinture qui complique le problème), on peut tout à fait faire en sorte qu'il y ait des reflets ou pas lorsqu'on l'éclairera, alors que sa couleur perçue sera toujours noire... Et la présence de reflet ne dépendra pas de sa structure atomique ou de son champ électrique, mais uniquement de la manière dont tu l'éclaireras et aussi de la longueur d'onde de la lumière incidente...

Tiens il me semblait pourtant que la réflexion de la lumière sur un objet dont tous les atomes était la même que sur un objet dont seuls les atomes de surface sont noirs. Mais je suppose que la complication provient du caractère métallique de l'objet. Qu'est-ce qui change au juste?
Donc d'après ce que vous dites, je devrais pouvoir obtenir les mêmes reflets sur un objet comportant de grands rayons de courbure (surface plane) que sur un objet avec beaucoup de petits rayons de courbure (relief accidenté) en changeant simplement un des 2 paramètres (manière d'éclairer l'objet et longueur d'onde)?
Merci pour votre patience

[entropik]

Je me suis aperçu, en observant les reflets d'un spot sur une surface en zinc peinte en bleu que sur une petite zone la couleur de la peinture n'était plus perceptible, seule la couleur jaune de la lampe était visible. Pourriez-vous me donner une explication de ce phénomène en faisant le lien avec les questions précédentes? Ce qui m'intrigue surtout c'est pourquoi cela ne se produit-il que sur un métal.
Pour en revenir avec la distinction que vous avez faite entre les 2 phénomènes (couleur et reflets), il me semble que le noir n'est pas une couleur. Dès lors, peut-on quand même considérer le fait que nous percevons un objet noir comme un phénomène de couleur?

[Dominique Lefebvre]

Je me suis aperçu, en observant les reflets d'un spot sur une surface en zinc peinte en bleu que sur une petite zone la couleur de la peinture n'était plus perceptible, seule la couleur jaune de la lampe était visible. Pourriez-vous me donner une explication de ce phénomène en faisant le lien avec les questions précédentes? Ce qui m'intrigue surtout c'est pourquoi cela ne se produit-il que sur un métal.
Pour en revenir avec la distinction que vous avez faite entre les 2 phénomènes (couleur et reflets), il me semble que le noir n'est pas une couleur. Dès lors, peut-on quand même considérer le fait que nous percevons un objet noir comme un phénomène de couleur?

Je voudrais revenir rapidement sur ces histoires de couleur et de reflets.

D'abord une précision: lorsque je parlais de champ électrique incident dans mon dernier post, je faisais allusion à la composante champ électrique de l'OEM incidente.

La couleur est un concept délicat, dans la mesure où il faut dissocier:

- la perception de l'oeil et du cerveau humains qui "voient" des couleurs du blanc au noir. Ce sont les opticiens et les peintres qui sont le plus qualifiés pour parler de cela.

- la fréquence d'une onde monochromatique que l'oeil peut voir si cette fréquence est dans le domaine visible. Cette fréquence détermine l'énergie transportée par l'onde, et donc l'effet qu'elle peut avoir lorsqu'elle frappe un atome. Cet atome est excité et réemet à son tour (en repassant à son état initial) une onde électromagnétique, dont la fréquence peut être dans le domaine visible. Ces mécanismes relèvent de la mécanique quantique. Ce sont les seuls sur lesquels un physicien peut discuter en domaine connu...

L'étude des reflets relève de l'optique ondulatoire, qui possède ses lois et ses principes. Bien sur que l'on peut les étudier avec le modèle électromagnétique, mais c'est inutilement compliqué... L'analyse des reflets relève plutôt des franges d'interférence constructrices et destructrices (comme les irisations, d'ailleurs!).
Je ne t'en parlerai pas plus, j'ai une solide aversion pour l'optique! Mais tu trouveras dans tes bouquins d'optique toutes les explications voulues.

Enfin, je reviens sur cette remarque concernant le champ électrique dans un métal, que l'on suppose conducteur parfait.
Conducteur parfait signifie "conductivité infinie", mais presque tous les métaux ont une conductivité suffisante pour que le modèle du conducteur parfait s'applique.
A l'intérieur d'un métal (j'insiste, à l'intérieur, parce qu'un métal peut présenter un champ électrique de surface, par exemple lorsqu'une OEM le frappe), le champ électrique statique est nul. La démonstration est assez simple:
entre deux points à l'intérieur d'un métal, le potentiel électrique est constant, c'est à dire que la différence de potentiel est nulle. Cela se démontre mais avoue que c'est assez intuitif!
Donc j'ai le potentiel V = constant. Or une des équations de Maxwelle me dit E = -grad V. L'opérateur grad étant une dérivée, et chacun sachant que la dérivée d'une constante est nulle, j'obtiens naturellement E = 0.

Ceci est bien sur vrai en statique! Dès que tu fais circuler un courant, on observe un champ électrique dans le conducteur,car la différence de potentiel n'est plus nulle!

[entropik]

D'accord je comprend mieux avec cette distinction. Mais puis-je vous poser cette question si ce n'est pas indiscret: pourquoi avez-vous une solide aversion pour l'optique?

Mais tu trouveras dans tes bouquins d'optique toutes les explications voulues.

Dans mes bouquins j'en doute quand je vois le peu de questions auxquelles ceux que j'ai lu ont répondus. Mais Feynman en parle-t-il dans ses volumes sur l'électromagnétisme?
Je n'ai malheureusement pas encore pu me fournir son cours car il est introuvable ici, je vais devoir le commander chez vous. Mais sur wikipédia ils disent qu'il s'adresse plus à un lecteur ayant de solides bases physiques. Or j'ai quelques doutes sur la solidité des miennes. Ne devrais-je pas commencer par un ouvrage plus simple?

A l'intérieur d'un métal (j'insiste, à l'intérieur, parce qu'un métal peut présenter un champ électrique de surface, par exemple lorsqu'une OEM le frappe)

Donc peut-on dire que sur terre, dans des conditions normales, tous les métaux ont un champ électrique de surface? Car même si on peut isoler un métal de la lumière, on ne peut l'isoler du champ magnétique terrestre, ni des ondes radio et micro-ondes (gsm).
Pour ce qui est des objets non-métalliques, je suppose que c'est comme pour les métaux, entre deux points à l'intérieur la ddp est nulle. Alors la seule façon de créer un champ électrique à l'extérieur d'un non-métal est l'électrisation par frottement?

[wouf]

C'est la nuit qu'il est beau de croire à la lumière.

:we: :we: :we:

[Dominique Lefebvre]

D'accord je comprend mieux avec cette distinction. Mais puis-je vous poser cette question si ce n'est pas indiscret: pourquoi avez-vous une solide aversion pour l'optique?

Alors là! Je n'en sais rien! ça m'a toujours gonflé! Lorsque j'étais en taupe, j'ai prié (c'est une image...) très fort pour n pas tomber sur un problème d'optique et de ces foutues franges d'interférence... Heureusement ça n'a pas été le cas! Mais pourtant, c'est un doamine qui peut être intéressant, j'en suis sur...

Dans mes bouquins j'en doute quand je vois le peu de questions auxquelles ceux que j'ai lu ont répondus. Mais Feynman en parle-t-il dans ses volumes sur l'électromagnétisme?
Je n'ai malheureusement pas encore pu me fournir son cours car il est introuvable ici, je vais devoir le commander chez vous. Mais sur wikipédia ils disent qu'il s'adresse plus à un lecteur ayant de solides bases physiques. Or j'ai quelques doutes sur la solidité des miennes. Ne devrais-je pas commencer par un ouvrage plus simple?

Je ne suis pas d'accord: Le cours de Feynman est dense, mais il s'adresse à des têtes bien faites plutôt qu'à des rois des équations différentielles! Il va au fond des choses sur le plan de la physique en partant de l'observation. Mais comme il écrit tout en langage courant, en introduisant précisement toutes les notions, et avec pas mal de digressions, alors oui ça semble difficile d'accès.

Donc peut-on dire que sur terre, dans des conditions normales, tous les métaux ont un champ électrique de surface? Car même si on peut isoler un métal de la lumière, on ne peut l'isoler du champ magnétique terrestre, ni des ondes radio et micro-ondes (gsm).

Non. Les charges surfaciques d'un conducteur sont mobiles. Et dès qu'elles trouvent le chemin de la terre, elles y courent!

Pour ce qui est des objets non-métalliques, je suppose que c'est comme pour les métaux, entre deux points à l'intérieur la ddp est nulle. Alors la seule façon de créer un champ électrique à l'extérieur d'un non-métal est l'électrisation par frottement?

Loupé! Les diélectriques (les corps non ou mauvais conducteurs) sont généralement polarisables, comme l'eau ou l'air. Dans les milieux polarisés, il existe donc un champ électrique.

Tu peux aussi créer un champ électrique dans un solide non conducteur en lui appliquant deux électrodes planes portées à des potentiels différents: tu créé ainsi un condensateur. Entre les électrodes, il existe dans ce cas un champ électrique.

[entropik]

Non. Les charges surfaciques d'un conducteur sont mobiles. Et dès qu'elles trouvent le chemin de la terre, elles y courent!

Mais là vous parlez de charges supplémentaires qu'un conducteur pourrait capter? Parce que les charges (électrons) qui appartiennent à l'origine aux atomes ne peuvent pas partir comme ça à moins qu'elles soient remplacées de suite, comme lorsqu'on applique un courant électrique.

Visiblement je me représente encore bien mal ce qui se passe dans un métal. J'imagine, parce que je l'ai lu, des séries d'atomes bien rangés baignant dans une soupe d'électrons. Mais les électrons de cette source sont en continuel mouvement pour faire croire à chaque atome qu'il a 8 électrons. Et comme un déplacement d'électrons est à l'origine des champs magnétiques, je serais tenté de croire que tous les métaux produisent un champ magnétique. Qu'en est-il? C'est plus compliqué que ça je suppose.

Et j'essaye aussi de comprendre comment interagissent les OEM avec les métaux. Chez moi, j'ai une rampe d'escalier métallique et il se trouve qu'une fois sur 2 je me prend une petite décharge quand je passe. Je me suis demandé pourquoi c'était si fréquent et j'ai supposé qu'il devait y avoir un lien avec la présence d'émetteurs radios à proximité (routeur wifi et support de téléphone sans fil). Donc la rampe métallique attrape ou perd des électrons qu'elle me rend ou me reprend. Quel est le cas le plus probable?

Je dirais que grâce aux ondes radios, le métal a plus facilement tendance à donner ses électrons aux molécules d'azote et d'oxygène d'électronégativité élevée. Ensuite il me reprend ce qu'il lui faut quand je passe pour retrouver un équilibre entre charges négatives et positives. Est-ce plausible?

[flaja]

Bonsoir.
Nos corps ont tendance à se charger électriquement quand on marche sur de la moquette, surtout si on traîne les pieds.
On se décharge quand on touche une partie métallique.

De mémoire :

Les premières expériences d'électricité utilisaient le frottement pour arracher des électrons à un isolant qui devenait ainsi chargé.

électron veut dire ambre en grec. Si l'on frotte de l'ambre (ou une règle en plastique) avec une peau de chat (ou un pull synthétique), il se charge et attire des petits morceaux de papier.

[entropik]

électron veut dire ambre en grec. Si l'on frotte de l'ambre (ou une règle en plastique) avec une peau de chat (ou un pull synthétique), il se charge et attire des petits morceaux de papier.

:ptdr: une peau de chat, j'y aurais pas pensé. Mais ça je le savais quand même, ce que je voudrais bien savoir c'est si les ondes radios amplifient le phénomène de perte d'électrons du métal.

[Dominique Lefebvre]

Mais là vous parlez de charges supplémentaires qu'un conducteur pourrait capter? Parce que les charges (électrons) qui appartiennent à l'origine aux atomes ne peuvent pas partir comme ça à moins qu'elles soient remplacées de suite, comme lorsqu'on applique un courant électrique.

Visiblement je me représente encore bien mal ce qui se passe dans un métal. J'imagine, parce que je l'ai lu, des séries d'atomes bien rangés baignant dans une soupe d'électrons. Mais les électrons de cette source sont en continuel mouvement pour faire croire à chaque atome qu'il a 8 électrons. Et comme un déplacement d'électrons est à l'origine des champs magnétiques, je serais tenté de croire que tous les métaux produisent un champ magnétique. Qu'en est-il? C'est plus compliqué que ça je suppose.

On parle de gaz d'électrons pour désigner les électrons de conduction dans un métal... Et non, ledit gaz d'électrons ne produit pas de champ magnétique résultant, qui ferait de tout métal conducteur un aimant! C'est beaucoup plus compliqué que cela!

Et j'essaye aussi de comprendre comment interagissent les OEM avec les métaux. Chez moi, j'ai une rampe d'escalier métallique et il se trouve qu'une fois sur 2 je me prend une petite décharge quand je passe. Je me suis demandé pourquoi c'était si fréquent et j'ai supposé qu'il devait y avoir un lien avec la présence d'émetteurs radios à proximité (routeur wifi et support de téléphone sans fil). Donc la rampe métallique attrape ou perd des électrons qu'elle me rend ou me reprend. Quel est le cas le plus probable?

Je dirais que grâce aux ondes radios, le métal a plus facilement tendance à donner ses électrons aux molécules d'azote et d'oxygène d'électronégativité élevée. Ensuite il me reprend ce qu'il lui faut quand je passe pour retrouver un équilibre entre charges négatives et positives. Est-ce plausible?

Comme l'a dit flaja, le phénomène que tu constates tient de l'électricité statique. La surface de ton corps produit et collecte par frottement des charges (le sol est probablement couvert de tapis ou de moquette...). Lorsque tu touches la rampe, les charges passent de ton corps vers le métal: tu sens la décharge! mais les éventuelles OEM n'y sont pour rien!

En parlant de ça, je te recommande vivement la lecture de Pour la Science de Mai. Il y a un article sur les plasmons de surface, qui sont des ondes qui se forment dans la population des électrons de surface d'un métal lorsqu'une OEM les frappe: en plein notre sujet!

D'ailleurs pour les amateurs (mais c'est un peu tard les spé), c'était le problème de physique à l'X option P' en 94...

[entropik]

Comme l'a dit flaja, le phénomène que tu constates tient de l'électricité statique. La surface de ton corps produit et collecte par frottement des charges (le sol est probablement couvert de tapis ou de moquette...). Lorsque tu touches la rampe, les charges passent de ton corps vers le métal: tu sens la décharge! mais les éventuelles OEM n'y sont pour rien!

Ah bon, notre corps peut donc, sans contact extérieur, perdre sa neutralité électrique? C'est une histoire de mécanisme biochimique ou d'électrophysiologie je suppose. Eh ben j'en apprend des choses.
Mais si les ondes n'y sont pour rien, la fréquence des décharges doit s'expliquer par la taille de la rampe. Parce que je ne me suis jamais pris de décharge sur les clinges métalliques des portes ou fenêtres. On dirait que plus l'objet métallique est grand, plus il a "envie" de récupérer des charges. La différence de potentiel est la même qu'avec la clinge puisque les 2 métaux sont censés être neutre au départ donc ça ne peut pas être ça.

En parlant de ça, je te recommande vivement la lecture de Pour la Science de Mai. Il y a un article sur les plasmons de surface, qui sont des ondes qui se forment dans la population des électrons de surface d'un métal lorsqu'une OEM les frappe: en plein notre sujet!

Intéressant, je n'avais jamais entendu parler de ces plasmons. Mais visiblement vous distinguez les électrons de surface du reste du gaz d'électrons. Le gaz d'électrons ne circule donc pas partout de la même façon dans le métal? Certains électrons auraient-ils tendance à rester en surface et ne pas interagir avec les autres?

[Dominique Lefebvre]

Ah bon, notre corps peut donc, sans contact extérieur, perdre sa neutralité électrique? C'est une histoire de mécanisme biochimique ou d'électrophysiologie je suppose. Eh ben j'en apprend des choses.

Oh non, ces charges ne sont pas d'origine physiologiques ou biochimiques (du moins pas à ma connaissance), mais d'origine triboélectriques : des frottements de l'épiderme tout simplement!

Intéressant, je n'avais jamais entendu parler de ces plasmons. Mais visiblement vous distinguez les électrons de surface du reste du gaz d'électrons. Le gaz d'électrons ne circule donc pas partout de la même façon dans le métal? Certains électrons auraient-ils tendance à rester en surface et ne pas interagir avec les autres?

Il est exact les électrons de surface, à l'interface entre le conducteur et le milieu externe, vide ou diélectrique, ne se comportent pas selon le même modèle. Je t'invite à lire cet article, pui on pourra en discuter.