rayonnement thermique
l’énergie rayonnée par les solides, les liquides et les gaz en raison de leur température. Cette énergie rayonnante se présente sous la forme d’ondes électromagnétiques et couvre l’ensemble du spectre électromagnétique, s’étendant de la partie des ondes radio du spectre à travers les parties infrarouge, visible, ultraviolette, rayons x et rayons gamma. De la plupart des corps chauds sur Terre, cette énergie rayonnante réside en grande partie dans la région infrarouge., Voir rayonnement électromagnétique, rayonnement infrarouge
Le rayonnement est l’une des trois méthodes de base du transfert de chaleur, les deux autres méthodes étant la conduction et la convection. Voir Conduction (chaleur), Convection (chaleur), transfert de chaleur
Une plaque chauffante à 400 K (260°F) peut ne pas montrer de lueur visible; mais une main qui est tenue dessus détecte les rayons chauffants émis par la plaque. Une température de plus de 1300 ° F (1000 K) est nécessaire pour produire une quantité perceptible de lumière visible., À cette température, une plaque chauffante rougeoie et la sensation de chaleur augmente considérablement, démontrant que plus la température de la plaque chauffante est élevée, plus la quantité d’énergie rayonnée est grande. Une partie de cette énergie est le rayonnement visible, et la quantité de ce rayonnement visible augmente avec l’augmentation de la température. Un four en acier à 2800 ° f (1800 K) montre une forte lueur jaune. Si un fil de tungstène (utilisé comme filament dans les lampes à incandescence) est élevé par chauffage par résistance à une température de 4600°F (2800 K), il émet une lumière blanche brillante., Lorsque la température d’une substance augmente, des couleurs supplémentaires de la partie visible du spectre apparaissent, la séquence étant d’abord rouge, puis jaune, vert, bleu et enfin violet. Le rayonnement violet est de longueur d’onde plus courte que le rayonnement rouge, et il est également d’énergie quantique plus élevée. Afin de produire un fort rayonnement violet, une température de près de 5000°F (3000 K) est requise. Le rayonnement Ultraviolet nécessite des températures encore plus élevées. Le Soleil émet un rayonnement ultraviolet considérable; sa température est D’environ 6000 K (10 000°F)., De telles températures ont été produites sur Terre dans des gaz ionisés par des décharges électriques. La lampe à vapeur de mercure et la lampe fluorescente émettent de grandes quantités de rayonnement ultraviolet. Des températures allant jusqu’à 20 000 K (36 000°F) sont cependant encore trop basses pour produire des rayons X ou des rayons gamma. Un gaz maintenu à des températures supérieures à 2 × 106 ° F (1 × 106 K), rencontré dans les expériences de fusion nucléaire, émet des rayons X et des rayons gamma. Voir fusion nucléaire, rayonnement Ultraviolet
un corps noir est défini comme un corps qui émet la quantité maximale de rayonnement thermique., Bien qu’il n’existe pas de radiateur à corps noir parfait dans la nature, il est possible d’en construire un sur le principe du rayonnement de la cavité. Voir corps noir
Une cavité radiateur est généralement compris comme une enceinte chauffée avec une petite ouverture qui permet à certains de rayonnement de s’échapper ou d’entrée. Le rayonnement qui s’échappe d’une telle cavité a les mêmes caractéristiques que le rayonnement du corps noir.,
la loi de Kirchhoff met en corrélation mathématiquement les propriétés de rayonnement thermique des matériaux à l’équilibre thermique. On l’appelle souvent la deuxième loi de la thermodynamique pour les systèmes rayonnants. La loi de Kirchhoff peut être exprimée comme suit: le rapport de l’émissivité d’un radiateur de chaleur à l’absorptivité d’un même radiateur est fonction de la fréquence et de la température seules. Cette fonction est la même pour tous les corps, et elle est égale à l’émissivité d’un corps noir. Une conséquence de la loi de Kirchhoff est le postulat selon lequel un corps noir a une émissivité supérieure à celle de tout autre corps., Voir les lois de Kirchhoff sur les circuits électriques
la loi de rayonnement de Planck représente mathématiquement la distribution d’énergie du rayonnement thermique à partir de 1 cm2 de surface d’un corps noir à n’importe quelle température. Formulé par Max Planck au début du XXe siècle, il a jeté les bases de l’avancée de la physique moderne et de l’avènement de la théorie quantique.,
L’équation (1) est l’expression mathématique de la loi de rayonnement de Planck, où Rλ est l’énergie totale rayonnée du corps mesurée en watts par centimètre carré par unité de longueur d’onde, à la longueur d’onde λ. La longueur d’onde dans cette formule est mesurée en micromètres. La quantité T est la température en kelvins, et e est la base des logarithmes népériens. L’illustration présente des graphiques de la loi de Planck pour diverses températures et montre les substances qui atteignent ces températures., Il convient de noter que ces substances ne rayonneront pas comme prédit par la loi de Planck car elles ne sont pas des corps noirs eux-mêmes.
la loi de Stefan-Boltzmann stipule que l’énergie totale rayonnée d’un corps chaud augmente avec la quatrième puissance de la température du corps. Cette loi peut être dérivée de la loi de Planck par le processus d’intégration et est exprimée mathématiquement comme Eq. (2), où RT est la quantité totale d’énergie radiat
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