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Concept
Bruit thermique
Résumé
Le bruit thermique, également nommé bruit de résistance, bruit Johnson ou bruit de Johnson-Nyquist, est le bruit généré par l'agitation thermique des porteurs de charges, c'est-à-dire des électrons dans une résistance électrique en équilibre thermique. Ce phénomène a lieu indépendamment de toute tension appliquée. Le bruit thermique aux bornes d'une résistance est exprimée par la relation de Nyquist :
où est la variance de la tension aux bornes de la résistance, est la constante de Boltzmann, qui vaut kB = 1,3806 × 10-23 J.K-1, T est la température absolue de la résistance exprimée en kelvins, R est la résistance exprimée en ohms, et , la bande passante considérée.
Cette formule permet de prévoir le bruit minimum présent sur un système électronique, et donc sa limite de détection. Le même phénomène de bruit thermique est observé aux bornes d'une capacité. C'est une limitation des capteurs photographiques.
En 1827, le botaniste Robert Brown observe sous un microscope du pollen dispersé dans de l’eau et remarque que les grains microscopiques sont soumis à un mouvement continuel et irrégulier. Par la suite, il s’aperçoit que l’on peut observer le même phénomène avec n'importe quelle particule de petite taille. Suivant une autre version, Brown aurait observé « des mouvements de particules à l'intérieur de grains de pollen » (voir la page Mouvement brownien).
Tout au long du , un grand nombre de physiciens s'intéresse au phénomène. En 1877, Delsaux suggère que le mouvement brownien résulte de l'ensemble des chocs exercés par les molécules d’eau sur les particules.
Dans un gaz, l'agitation moléculaire, réalité microscopique de la température, est assimilable au mouvement brownien. C'est à la fin du que Ludwig Boltzmann affine la théorie cinétique des gaz déjà esquissée par d'autres physiciens et qui énonce que :
Albert Einstein en 1905 et, indépendamment, Marian Smoluchowski en 1906, proposent une théorie complète et unifiée du mouvement brownien qui permettra à Jean Perrin de déterminer le nombre d'Avogadro en 1908.
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