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Comportement thermique d'un corps dans le vide

  1. Kodut

    Date d'inscription
    juin 2017
    Âge
    27
    Messages
    4

    Comportement thermique d'un corps dans le vide

    Bonjour à tous et merci par avance à tous ceux qui sauront (je l'espère) éclairer ma lanterne

    La question découle directement d'une discussion sur : est-ce qu'on gèle instantanément si on se retrouve dans le vide de l'espace ?

    Voila j'aimerais savoir si un corps dans le vide de l'espace, loin de toute étoile ou source de chaleur, se refroidit vite ou lentement ? Je sais que ca finit par se refroidir, mais est-ce que le fait qu'il n'y ait quasiment pas de matière fait que c'est très long, ou bien le simple fait d'etre à une température proche du 0 absolu suffit à refroidir quasi instantanément la matière ?

    Une autre facon de poser la question serait : quid d'un corps qui se refroidit dans le vide comparé à un corps qui se refroidit dans un liquide dense mais froid "comme le vide" ? lequel se refroidit plus vite ?

    -----

     


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  2. JPL

    Date d'inscription
    septembre 2003
    Messages
    67 060

    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    Un corps dans le vide se refroidit uniquement par rayonnement tandis qu’un corps plongé dans l’atmosphère ou dans un liquide se refroidit à la fois par rayonnement et par convection (donc par conduction), ce qui est beaucoup plus efficace.
    Rien ne sert de penser, il faut réfléchir avant - Pierre Dac
     

  3. Kodut

    Date d'inscription
    juin 2017
    Âge
    27
    Messages
    4

    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    Merci pour cette réponse claire rapide et efficace, c'est ce à quoi je m'attendais. Est-ce qu'on peut calculer (ou avoir une approximation) du temps que mettrait un littre d'eau à 20°C pour atteindre la température du vide ?
     

  4. JPL

    Date d'inscription
    septembre 2003
    Messages
    67 060

    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    De l’eau dans le vide s’évaporerait instantanément, ce qui la refroidirait plus vite. Il faudrait donc raisonner sur de l’eau dans un récipient étanche et transparent et il faudrait en plus qu’il soit transparent aux infrarouges. Mais la vitesse d’un refroidissement par rayonnement dépend surtout de la surface. Il faudrait donc raisonner sur un récipient sphérique. Mais là j’ai besoin de l’avis d’un physicien pour le calcul.
    Dernière modification par JPL ; 19/06/2017 à 19h18.
    Rien ne sert de penser, il faut réfléchir avant - Pierre Dac
     

  5. maxwellien

    Date d'inscription
    février 2011
    Localisation
    là où la cte de Planck vaut 1000 J.S
    Messages
    642

    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    bonjour, decendre vers le 0 absolu ne se fait pas instantanement.
    on peut estimer le temps qu' il faut en calculant le rapport entre puissance rayonnèe du corps en question et l'energie qu' il contient.
     


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  6. maxwellien

    Date d'inscription
    février 2011
    Localisation
    là où la cte de Planck vaut 1000 J.S
    Messages
    642

    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    le temps de refroidissement est plutot lenergie contenu sur la puissance rayonnée désoler
     

  7. Coccinelleamoustaches

    Date d'inscription
    décembre 2016
    Messages
    205

    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    si on ne considère pas de changement de phase (je crois que c'est ce que tu veux faire ?), ça se fait sans trop de heurt. Ce n'est pas très réaliste d'imaginer de l'eau liquide à 0K dans le vide, mais bon... Si tu veux vraiment le calculer, voici comment :

    a pression constante, l'énergie nécessaire pour chauffer un kg d'eau d'un degré est donnée par son "cp". Pour l'eau liquide, cp = 4185 J/kg/K
    Donc pour passer de 293K à 0, ton litre (<=>kg) d'eau va devoir relâcher 1.23 millions de joules.
    Mais le truc c'est que la puissance que tu vas rayonner dépend de la température, qui elle même évolue : ça sent bon l'équa diff :

    Si on dresse un bilan sur un temps dt :

    chaleur latente perdue par 1 kg d'eau: m*cp*(T(t)-T(t+dt))
    Puissance rayonnée par le solide : P = epsilon_eau * S * sigma * T^4 (loi de Boltzmann pour corps gris) Pour la surface, on calcule le rayon d'une sphère d'un litre, puis S = 4*Pi*R^2
    donc : energie rayonnée pendant dt : P * dt

    Par conservation de l'énergie : cp*(T(t)-T(t+dt)) = P*dt => dT/dt = [ epsilon_eau * S * sigma / (m*cp) ] * T^4


    Ca doit être soluble analytiquement... Mais j'ai préféré le faire par itération ^^ Je joins le graphe obtenu

    Capture.PNG

    J'ai été assez étonné des temps de refroidissement énormes ! Sous réserve que le calcul détaillé ci dessus soit juste, voici es valeurs :
    Ici, tu vois que pour descendre à 50K il faut déjà 3000 jours, soit plus de 8 ans ! (oui les temps sont en jours sur le graphe )
    Descendre à 30K : 38 ans
    Descendre à 20K : 127 ans
    J'ai pas été plus loin

    Mais encore une fois, le changement d'état serait inévitable... Il ralentirait encore le process, mais sans doute assez peu (tout dépend à quel température il survient) (sans compter qu'il modifierait la surface, et là je te raconte pas la galère du calcul)
    Dernière modification par Coccinelleamoustaches ; 19/06/2017 à 21h42.
     

  8. Coccinelleamoustaches

    Date d'inscription
    décembre 2016
    Messages
    205

    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    Même pour tomber à 0°C, il te faut 3.5 jours en fait ^^ Tout ceci est fait en supposant que le vide est parfait, et que le seul mode de transfert est le rayonnement
    Le transfert par rayonnement est vraiment nul à chier aux faibles températures
     

  9. Hadrien322

    Date d'inscription
    juin 2017
    Messages
    5

    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    Il peut faire 0°K à un endroit dans l'espace comme il peut faire 0°K aussi dans un autre endroit mais plus proche de rayonnement d'étoiles aux alentours qui fait qu'au premier point un corps humain gèlerait en une demi seconde et au deuxième point en une seconde. Dans l'espace normal, je dirais 20 secondes.
     

  10. JPL

    Date d'inscription
    septembre 2003
    Messages
    67 060

    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    As-tu lu les messages précédents ?
    Rien ne sert de penser, il faut réfléchir avant - Pierre Dac
     

  11. Coccinelleamoustaches

    Date d'inscription
    décembre 2016
    Messages
    205

    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    J'ai pu me tromper dans mes calculs Hadrien, mais j'aimerais bien que tu étayes un peu ton propos si tu donnes une valeur aussi radicalement différente ^^
    Dernière modification par Coccinelleamoustaches ; 19/06/2017 à 23h41.
     

  12. obi76

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    15 026

    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    Citation Envoyé par Coccinelleamoustaches Voir le message
    J'ai pu me tromper dans mes calculs Hadrien, mais j'aimerais bien que tu étayes un peu ton propos si tu donnes une valeur aussi radicalement différente ^^
    Inutile de lui demander quoique ce soit de scientifique.

    En tous cas, merci pour votre réponse détaillées et instructive

    (juste pour savoir, le coeff d'émissivité, vous avez pris combien ?)

    PS : pour T(t)'/T(t)^4 = k, Wolfram me donne

    Dernière modification par obi76 ; 20/06/2017 à 00h34.
    L'ouverture d'esprit ne se limite pas toujours à une fracture du crâne...
     

  13. Bluedeep

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    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    Citation Envoyé par Hadrien322 Voir le message
    Il peut faire 0°K à un endroit dans l'espace comme il peut faire 0°K aussi dans un autre endroit mais plus proche de rayonnement d'étoiles aux alentours qui fait qu'au premier point un corps humain gèlerait en une demi seconde et au deuxième point en une seconde. Dans l'espace normal, je dirais 20 secondes.
    Vous devriez éviter de poster après vos libations vespérales.....
     

  14. Coccinelleamoustaches

    Date d'inscription
    décembre 2016
    Messages
    205

    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    obi, pour le calcul, j'ai pris une émissivité de 0.95 :
    - je l'ai considérée constante (hypothèse largement raisonnable dans un calcul d’ordres de grandeurs comme ici, au vu des autres hypothèses)
    - c'est une fourchette inférieure. Le refroidissement serait peut-être un chouïa plus rapide avec une fourchette supérieure. Mais pas grand chose; c'est surtout le faible T^4 qui rend la puissance si faible.
    - Au final, on est quasiment sur un rayonnement de corps noir

    Et merci pour la solution analytique. Je me suis rendu compte après avoir posté que c'était en fait assez simple à résoudre par séparation des variables, et que ça aurait sans doute été un peu plus rapide que de faire des itérations sur excel
     

  15. obi76

    Date d'inscription
    mai 2007
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    Paris
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    Re : Comportement thermique d'un corps dans le vide

    Merci !
    L'ouverture d'esprit ne se limite pas toujours à une fracture du crâne...
     


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