Définition du corps noir

[Infra_Red]

salut,

si je me réferre à la définition :

En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température.

j'ai essayé de me faire ma propre définition en faisant l'analogie avec les couleurs :

- un objet blanc réfléchit tout le spectre électromagnétique visible, et donc emmagasine peu de chaleur.
- un objet noir absorbe toutes les couleurs, donc emmagasine la chaleur, et donc l'énergie accumulée par l'absorption et renvoyée sous forme d'énergie thermique.

donc si on regarde l'objet noir avec une caméra infrarouge, son spectre ne dépend que de la chaleur emmagasinée ? et si on augmente la température, il rayonnera en visible, UV, ....

est-ce que ma réflexion est bonne ?
-----

[calculair]

Oui le spectre d'emission d'un corps noir ne depend que de la temperature et ce decale vers les courtes longueurs d'onde quand sa temperature augmente

[Infra_Red]

ok merci.
une autre question: le soleil émet en visible car les couches externes sont 5770 K, mais il émet également en UV, rayons X et Gamma, et ça c'est dû aux rayonnements issus du noyau ?

est-ce qu'il émet en radio ou micro-ondes ?

[calculair]

Le rayonnement du soleil est complexe
En1° approximation tu as le spectre du corps noir à 5700°K
Tu vois apparaitre des raies diverses dont celles du fer et de hydrogène
Il y a aussi de phenomènes magnetiques qui emettent- peut être dans les frequences radio
Les reactions thermonucleaires doivent aissi magnifester leur effets

[A voir en vidéo sur Futura]

[Infra_Red]

je ré-ouvre mon post.

finalement, tout corps est potentiellement un corps noir.
il suffit de l'isoler du milieu extérieur (milieu interstellaire par exemple) et le seul rayonnement qu'il émettra sera son rayonnement intrinsèque. (rayonnement radio dû à la température du CMB)

qu'en pensez-vous ?

[kem08]

salut,

si je me réferre à la définition :


j'ai essayé de me faire ma propre définition en faisant l'analogie avec les couleurs :

- un objet blanc réfléchit tout le spectre électromagnétique visible, et donc emmagasine peu de chaleur.
- un objet noir absorbe toutes les couleurs, donc emmagasine la chaleur, et donc l'énergie accumulée par l'absorption et renvoyée sous forme d'énergie thermique.

donc si on regarde l'objet noir avec une caméra infrarouge, son spectre ne dépend que de la chaleur emmagasinée ? et si on augmente la température, il rayonnera en visible, UV, ....

est-ce que ma réflexion est bonne ?

Oui, le CN est l'emetteur parfait c'est à dire le corps qui émet le plus d'énergie à une température donnée, c'est donc une référence.
Les autres corps à la même température émettrons une fraction de ce que le CN émet.
Le CN émet à toutes les longueur d'onde.
L'intensité avec laquelle il émet dans une plage de longueurs d'ondes dépend uniquement de sa température.
Un CN à 300 K émet essentiellement autour de lambda= 10 µm (infra rouge) alors qu'un corps à 6000 K émettra surtout autour de 0.5 µm c'est à dire dans le visible...
Les autre corps ne suivent pas forcément le comportement du CN, certains corps n'emettrons pas à certaine longueurs d'onde, il sont absorbant, par éxemple le CO2 ou la vapeur d'eau ont des raies d'absorption à certaine longueurs d'onde, ils emettront plutot à certaines fréquence et moins à d'autres, celà dépendra de leur emissivité spectrale.

[kem08]

je ré-ouvre mon post.

finalement, tout corps est potentiellement un corps noir.
il suffit de l'isoler du milieu extérieur (milieu interstellaire par exemple) et le seul rayonnement qu'il émettra sera son rayonnement intrinsèque. (rayonnement radio dû à la température du CMB)

qu'en pensez-vous ?

Non pas d'accord, le comportement dépendra des propriétés radiatives du corps (emisivité spectrale directionnelle, reflectivité spectrale directionnelle, transmittivité spectrae directionnelle), ce n'ets pas parce qu'il est isolé qu'il se comportera comme un corps noirs.
Il émettra par exemple plutôt dans une gamme de frequence, ou plutot dans une direction...
Un miroir dans le noir reste un miroir...
Dans le cas du soleil c'est une approximation de CN, on considère que l'essentiel de ce qu'il émet provient de sa température mais si on analysait son spectre onb se rendrait compte que ce n'ets pas un vrai CN.

[invite2313209787891133]

Oui, le CN est l'emetteur parfait c'est à dire le corps qui émet le plus d'énergie à une température donnée, c'est donc une référence.
Les autres corps à la même température émettrons une fraction de ce que le CN émet.

Bonjour

Il faudrait revoir la définition du corps noir; l'énergie rayonnée ne dépend que de la température et de la surface rayonnante, quelle que soit l'émmissivité.

[calculair]

Bonjour

Les corps ne sont pas de vrais corps noirs. En effet ils n'absorbent pas tous les rayonnements de la même manière.

[LPFR]

salut,

si je me réferre à la définition :


j'ai essayé de me faire ma propre définition en faisant l'analogie avec les couleurs :

- un objet blanc réfléchit tout le spectre électromagnétique visible, et donc emmagasine peu de chaleur.
- un objet noir absorbe toutes les couleurs, donc emmagasine la chaleur, et donc l'énergie accumulée par l'absorption et renvoyée sous forme d'énergie thermique.

donc si on regarde l'objet noir avec une caméra infrarouge, son spectre ne dépend que de la chaleur emmagasinée ? et si on augmente la température, il rayonnera en visible, UV, ....

est-ce que ma réflexion est bonne ?

Bonjour.
Si je peu me permettre, la définition du corps noir n'est pas basée sur son émission, mais sur l'absorption:
"Un corps noir est un corps qui absorbe la totalité des radiations incidentes".

Et ceci est indépendant de sa température.

Ses propriétés en émission découlent de cette définition.
Au revoir.

[kem08]

Bonjour

Il faudrait revoir la définition du corps noir; l'énergie rayonnée ne dépend que de la température et de la surface rayonnante, quelle que soit l'émmissivité.

C'est quoi cette reflexion ?
Ta définition est trés incomplete.
L'énergie rayonnée d'un corps quelconque dépend de sa température, de sa surface, de la direction, de l'angle solide et de l'emissivité du corps, en disant celà je ne prend pas en compte l'énergie reflechie ou transmise qui sont nulles chez le corps noir...
Je crois que c'est toi qui doit revoir tes définitions et de te faire un peu modeste.

[invite2313209787891133]

C'est quoi cette reflexion ?
Ta définition est trés incomplete.
L'énergie rayonnée d'un corps quelconque dépend de sa température, de sa surface, de la direction, de l'angle solide et de l'emissivité du corps, en disant celà je ne prend pas en compte l'énergie reflechie ou transmise qui sont nulles chez le corps noir...
Je crois que c'est toi qui doit revoir tes définitions et de te faire un peu modeste.

Il n'y a aucune notion d'angle dans l'énergie rayonnée, j'ai l'impression que tout ceci est un peu confus dans ton esprit...
Je parle de l'énergie totale, rayonnée par un corps porté à une certaine température.

Si tu relis ton cours de 1ere année de master tu te rendra compte qu'il n'y a aucune notion d'émissivité.

[kem08]

Il n'y a aucune notion d'angle dans l'énergie rayonnée, j'ai l'impression que tout ceci est un peu confus dans ton esprit...
Je parle de l'énergie totale, rayonnée par un corps porté à une certaine température.

Si tu relis ton cours de 1ere année de master tu te rendra compte qu'il n'y a aucune notion d'émissivité.

Le rayonnement du corps noir est isotrope donc il rayonne de la même manière dans toutes les direction mais j'ai pas ecris qu'il s'agissait du corps noir, j'ai ecris "pour un corps quelconque"... ce qui signifie en bon français "pour un corps qui ne serait pas un corps noir".
En l'espèce je suis au regret de te signaler que l'angle d'observation joue un rôle dans la quantité d'énergie reçue...
Le rayonnement thermique est en général directionnel.
Je ne sais pas si le corps noir est confus chez moi mais chez toi c'est la simple compréhension de la langue française qui pose visiblement problème.

[invite2313209787891133]

Réfléchis un instant...
Si l'émissivité avait une importance dans la quantité d'énergie rayonnée il suffirait par exemple d'envelopper une patate chaude (emissivité d'environ 0.95) d'une couche de papier alu (émissivité d'environ 0.1) pour qu'elle se mette à rayonner moins d'énergie; (sans prendre en compte bien sur l'effet isolant par conduction, et sans avoir une eventuelle couche d'air).
Si on fait cette expérience le papier alu prendra rapidement la même température que la couche externe de la patate, et celle ci mettra exactement la même durée pour se refroidir.

Je ne commenterai pas tes provocations gratuites; quand à cette histoire d'angle je m'en balance, c'était une petite parenthèse mais ce n'est pas le sujet de ma 1ere remarque.

[Gilgamesh]

Si on fait cette expérience le papier alu prendra rapidement la même température que la couche externe de la patate, et celle ci mettra exactement la même durée pour se refroidir.

Non, non, c'est bien dépendant de l'émissivité. avec du papier alu atours, la patate rayonnera moins.

a+

[invite2313209787891133]

#

Loi de Stefan

La loi de Stefan est la simple intégration de la loi de Planck sur l'ensemble des longueurs d'onde. Ce peut être un petit exercice de mathématiques qui donne :

avec σ = 5,67 x 10-8 W.m-2.K4

Vite, des valeurs numériques :

*

Pour T = 6 000 K, on a Fp = Fi = 73 000 000 W/m2/K-4
*

Pour T = 300 K, on a Fp = Fi = 459 W/m2/K-4

La formule de Stefan est d'une importance capitale et rappelle que les flux incidents et partants ne sont fonction que de la température. On note la forte dépendance en T puisqu'il s'agit d'une puissance quatrième. Alors que la Température du Soleil n'est que 20 fois plus élevée que celle de la Terre, son flux partant est 160 000 fois plus élevé.

La quantité d'énergie totale ne dépend que de la température et de la surface radiante; ce n'est pas moins qui l'invente...On le retrouve d'ailleurs en faisant une analyse dimensionnelle.

Mon exemple était sans doute mal choisi; si on entoure une patate de papier alu elle va effectivement rester chaude plus longtemps, mais pas à cause d'une histoire d'émissivité, simplement parce qu'on ajoute une lame d'air isolante.

Imaginons un autre exemple: On a une cuve en métal poli (E= 0.1), on passe un coup de peinture noire dessus (E=0.95); pensez vous vraiment qu'elle va se refroidir plus rapidement ?

[LPFR]

Imaginons un autre exemple: On a une cuve en métal poli (E= 0.1), on passe un coup de peinture noire dessus (E=0.95); pensez vous vraiment qu'elle va se refroidir plus rapidement ?

Bonjour.
Oui.
Elle rayonnera (et absorbera) 9,5 fois plus.
Si elle est plus chaude que son entourage elle se refroidira plus vite et si elle est plus froide elle se réchauffera plus vite.
C'est la raison pour laquelle on dépose une couche d'argent sur les parois internes des dewars.
Au revoir.

[calculair]

Bonjour.
Oui.
Elle rayonnera (et absorbera) 9,5 fois plus.
Si elle est plus chaude que son entourage elle se refroidira plus vite et si elle est plus froide elle se réchauffera plus vite.
C'est la raison pour laquelle on dépose une couche d'argent sur les parois internes des dewars.
Au revoir.

Bonjour LPFR,

Tu as raison, mais je crois que dans la pratique il faut raisonner differement..

La cuve polie est exposée au soleil et elle est en equilibre thermique.
Elle absorbe peu, elle rayonne peu, sa temperature est T

Si tu la peints en noir, elle va aborber beaucoup plus, et elle va va rayonner plus pour maintenir sa temperature en equilibre, donc sa nouvelle temperature T' sera plus elevee que T

Je dis la même chose que toi mais autrement

L'application de Stephan permettra de calculer la temperature d'equilibre

[LPFR]

Bonjour LPFR,

Tu as raison, mais je crois que dans la pratique il faut raisonner differement..

La cuve polie est exposée au soleil et elle est en equilibre thermique.
Elle absorbe peu, elle rayonne peu, sa temperature est T

Si tu la peints en noir, elle va aborber beaucoup plus, et elle va va rayonner plus pour maintenir sa temperature en equilibre, donc sa nouvelle temperature T' sera plus elevee que T

Je dis la même chose que toi mais autrement

L'application de Stephan permettra de calculer la temperature d'equilibre

Re-bonjour Calculair.
La température d'équilibre ne dépend pas de l'émissivité, à condition que celle-ci ne dépende pas de la longueur d'onde.

Mais l'exemple posé par Dudulle est celui d'une couve chaude.
Si elle n'est pas à sa température d'équilibre, elle y retournera plus vite si son émissivité est grande.
Cordialement,

[calculair]

Re-bonjour Calculair.
La température d'équilibre ne dépend pas de l'émissivité, à condition que celle-ci ne dépende pas de la longueur d'onde.

Mais l'exemple posé par Dudulle est celui d'une couve chaude.
Si elle n'est pas à sa température d'équilibre, elle y retournera plus vite si son émissivité est grande.
Cordialement,

Bonjour LPFR
C'est 100 % vrai.

[invite2313209787891133]

Si vous êtes plusieurs à me contredire c'est que je dois surement avoir tord; au moins j'aurais appris quelque chose

Il y a un truc que je n'arrive pas à comprendre toutefois; pourquoi dans ce cas faire des radiateurs avec des ailettes en aluminium brutes et ne pas les peindre avec une peinture à forte émissivité ?

Et pourquoi lorsque je prend 2 bouteilles identiques dont une est recouverte par une couche de papier alu bien plaquée, avec le même volume d'eau chaude, ont elles exactement la même courbe de refroidissement (ça n'a rien d'un exercice de pensée, c'est une manip que je me suis amusé à faire un jour) ?
Pourquoi dans l'industrie ne pas peindre une cuve en noir pour qu'elle se refroidisse plus vite (quand on veux le faire bien sur) ?

[LPFR]

Il y a un truc que je n'arrive pas à comprendre toutefois; pourquoi dans ce cas faire des radiateurs avec des ailettes en aluminium brutes et ne pas les peindre avec une peinture à forte émissivité ?

Et pourquoi lorsque je prend 2 bouteilles identiques dont une est recouverte par une couche de papier alu bien plaquée, avec le même volume d'eau chaude, ont elles exactement la même courbe de refroidissement (ça n'a rien d'un exercice de pensée, c'est une manip que je me suis amusé à faire un jour) ?
Pourquoi dans l'industrie ne pas peindre une cuve en noir pour qu'elle se refroidisse plus vite (quand on veux le faire bien sur) ?

Re.
Parce que la partie radiation n'est qu'un des aspects, et il est beaucoup moins important que la convection pour des températures proches de la température ambiante.

Et les ailettes ce n'est pas très intéressant pour la radiation: elles se crachent les unes sur les autres. Donc, on ne gagne pas grand chose en les peignant en noir.
A+

[invite2313209787891133]

Ok, je comprend mieux. Donc quelque part je n'avais pas tout à fait tord, l'émissivité n'a pas une grande influence dans la puissance totale perdue par un corps porté à une certaine température. Mon tord à été de préciser "puissance rayonnée" et de ne pas préciser "dans des températures proches de l'ambiant".
Notez que je ne cherche pas à me disculper, simplement à comprendre (et à m'améliorer).

[kem08]

Réfléchis un instant...
Si l'émissivité avait une importance dans la quantité d'énergie rayonnée il suffirait par exemple d'envelopper une patate chaude (emissivité d'environ 0.95) d'une couche de papier alu (émissivité d'environ 0.1) pour qu'elle se mette à rayonner moins d'énergie; (sans prendre en compte bien sur l'effet isolant par conduction, et sans avoir une eventuelle couche d'air).
Si on fait cette expérience le papier alu prendra rapidement la même température que la couche externe de la patate, et celle ci mettra exactement la même durée pour se refroidir.

Je ne commenterai pas tes provocations gratuites; quand à cette histoire d'angle je m'en balance, c'était une petite parenthèse mais ce n'est pas le sujet de ma 1ere remarque.

Il y a 2 solutions au probleme :
soit je comprends ce que tu veux dire et dans ce cas là tu racontes n'importe quoi, soit je ne comprends pas ce que tu veux dire et dans ce cas là c'est moi le con...
Pour toi l'emissivité n'a pas d'importance dans l'énergie rayonnée, c'est bien ça ?
As tu conscience de l'énormité de cette affirmation ?
Flux surfacique = emissivité * loi de Stefan-boltzmann (en sigma T^4)
Tu as peut être découvert une nouvelle loi de la physique, dans ce cas présente toi vite au Comité Nobel, avec un peu de chance tu decrochera le nobel au moment de la dinde de Noël...

Tu me parles de la patate que tu envelloppes dans du papier d'alu.
Tu dis qu'elle mettra la même durée pour refroidir... à mon avis t'as pas du souvent cuisiner.
Si tu fais ça tu te places dans le cas de l'enceinte fermée (un four), la patate rayonnera la même quantité d'énergie car son emissivité sera la même, cette énergie sera envoyée vers l'alu (après avoir traversé une mince couche d'air humide), le papier d'alu reflechira une bonne partie de cette énergie vers la patate et le reste sera absorbé par l'alu qui s'echauffera à son tour et rayonnera vers la patate et le milieu extérieur mais pas avec la même intensité que la patate car l'emissivité de l'alu n'est pas la même... au fur et à mesure des reflexions succéssives et des pertes vers l'extérieur via l'alu, tout cela se refroidira jusqu'à être en équilibre thermique avec le milieu et a ce moment la température de l'ensemble patate-alu cessera d'évoluer... le refroidissement mettra juste beaucoup plus de temps contrairement à ce que tu as ecris, c'est le principe de la bouteille thermos avec son revêtement réfléchissant... Rien de bien extraordinaire dans tout ça, je vois vraiment pas ce qui te pose probleme.
Je vois pas en quoi ton exemple remet en question mes précédentes affirmations.
A mon avis y'a 2 ou 3 trucs qui t'ont echappé à l'époque ou le prof t'expliquait tout ça... tu devais rêver à ce moment là.

[kem08]

Non, non, c'est bien dépendant de l'émissivité. avec du papier alu atours, la patate rayonnera moins.

a+

Non elle rayonnera autant, seulement une partie de l'énergie rayonnée sera reflechie par l'alu vers la patate.
C'est l'ensemble patate+alu qui rayonnera moins et qui mettra de ce fait plus de temps pour se refroidir...

[chatelot16]

en premiere aproximation le papier d'alu est en contact avec la patate : il n'y a pas d'isolation par couche d'air : le papier d'alu ne reflechi rien vers la patate ...

le resultat est connu la patate enrobé d'alu se refroidit moins vite , c'est bien la faible emisivité de l'alu qui compte

inversement dans un four un truc a cuire emballé d'alu chauffe beaucoup moins vite

dans un four une tarte dans un moule en alu brillant cuit mal par le dessous : dans une tole noire elle cuit beaucoup plus vite par le dessous

pourquoi les moteur electrique sans refroidissement par ventilation sont aussi souvent peint en noir ? demarreur et moteur d'essuie glace ! bien sur quand il y a une bonne ventilation la couleur a moins d'importance

[invite2313209787891133]

Il y a 2 solutions au probleme :
soit je comprends ce que tu veux dire et dans ce cas là tu racontes n'importe quoi, soit je ne comprends pas ce que tu veux dire et dans ce cas là c'est moi le con...blablablabla

J'ai dis que je m'étais trompé, pas la peine d'en rajouter; tu as assez fais ton p'tit caïd comme ça. J'ajouterai toutefois que rien te permet de me parler de cette façon; même si tu as entamé ta 1ere année de master et que tu te considère comme une élite.

[kem08]

La quantité d'énergie totale ne dépend que de la température et de la surface radiante; ce n'est pas moins qui l'invente...On le retrouve d'ailleurs en faisant une analyse dimensionnelle.

Mon exemple était sans doute mal choisi; si on entoure une patate de papier alu elle va effectivement rester chaude plus longtemps, mais pas à cause d'une histoire d'émissivité, simplement parce qu'on ajoute une lame d'air isolante.

Imaginons un autre exemple: On a une cuve en métal poli (E= 0.1), on passe un coup de peinture noire dessus (E=0.95); pensez vous vraiment qu'elle va se refroidir plus rapidement ?

Ce que tu ne comprends pas c'est que l'énergie totale est une intégration de l'énergie envoyée dans chaque direction d'un angle solide (par exemple 2*PI stéradians pour le demi espace vers lequel rayonne un plan) doublé d'un intégration sur le spectre (tous les lambda) et sur la surface, le tout multiplié par une durée dans le cas du régime permanent sinon faut aussi intégrer sur le temps.
On se retrouve avec au minimum une intégrale triple.
Et ça ta citation ne te le dis pas, ça veut pas dire que ce qui est ecrit soit faux, c'est juste très incomplet !
Désolé de t'apprendre que les lois de la nature sont un peu plus complexes que ce que tu avais imaginé dans tes rêves.
Pour en venir à ta cuve peinte, le probleme est un peu compliqué car il dépend des témpérature de part et d'autre de la couche de peinture et y'a plusieurs phénomenes qui interviennent :
-du rayonement.
-de la conduction.
-de la converction.
Entre la peinture et le métal on aura surtout de la conduction et un peu de rayonnement mais entre la peinture et l'extérieur on pourra avoir les 3 si le milieu est plus froid que la cuve...
La peinture est noire elle aura une reflectivité totale faible ce qui signifie qu'elle absorbera le rayonnement des 2 millieux et qu'elle le réemettra sous forme de rayonnement en priorité vers le milieu le plus froid c'est à dire vers celui qui rayonne le moins.
La peinture chaude enverra par conduction vers les 2 milieu avec un préférence pour le côté métal car il est et de trés loin meilleur conducteur que l'air...
Enfin on pourra avoir des echanges convectif entre l'air et la peinture recouvrant la cuve, dans un sens ou dans l'autre, tout dépend encore une fois des ecart de température et du sens vers lequel pointe le gradient de température.
Moralité je ne sais pas répondre à la question "est ce qu'elle se refroidira ou pas et à quelle vitesse ?" car tout dépend de la température de la cuve et de l'air extérieur.
C'est encore une fois un peu plus compliqué

[kem08]

J'ai dis que je m'étais trompé, pas la peine d'en rajouter; tu as assez fais ton p'tit caïd comme ça. J'ajouterai toutefois que rien te permet de me parler de cette façon; même si tu as entamé ta 1ere année de master et que tu te considère comme une élite.

T'ennerves pas tu te fais du mal

[invite2313209787891133]

Je ne m'énerve pas, je suis seulement dépité de voir ce genre de comportement; tu as, sous couvert de l' anonymat, un comportement que personne ne se permettrait de tenir en face à face.