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Rayonnement des gaz



  1. #1
    pmdec

    Rayonnement des gaz

    Pourquoi, même dans l'obscurité, ne "voit-on" pas un gaz chaud (~1200°C) "rougeoyer" comme les matières solides ?

    -----


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  3. #2
    asgrim

    Re : Rayonnement des gaz

    ca rayonne peut etre a des logueurs d'onde que l'on ne voit pas ??
    et puis les interactions netre particules ne sont pas du tout les mêmes
    La lumière a quelque chose de maléfique.
    Seules d'obscures expériences permettent de s'y initier.

  4. #3
    le géant vert

    Re : Rayonnement des gaz

    les corps solides emetent des radiations quelque soit la température à laquelle ils se trouvent. Si la température est basse, le corps emet dans l'infrarouge (d'où l'utilité de caméra sensibles à de tels rayonnements pour voir des gens dans la nuit ). Plus la température du corp monte et plus la lumière (polychromatique) émise s'enrichie en radiations de fréquence élevée (vers les UV). Il y a donc une température à partir de laquelle les corps commencent à rougeoyer, puis, quand la température augmente encore, le spectre de lumière s'enrichi en orange , jaune, vert....et le "mélange" fait par l'oeil nous fait percevoir l'objet de plus en plus blanc.
    Ce raiyonnement continu (suivant un modèle appelé le corp noir) est dû au fait que les particules dans la matière condensée sont très liès les unes aux autres et leur énergie (là je peut me tromper la dessus donc les personnes compétentes me corrigeront s'il ya lieu) n'est pas quantifiée, c'est à dire que toutes les energies sont possibles. (je pense aux bandes d'énergie)
    Pour un gaz, la différence fondamentale réside dans le fait que les particules sont très éloignées les unes des autres et par conséquent chaque particule est quasiment libre. Or l'excitation d'un atome dans cette état ne peut se faire que par palier (on dit que son énergie est quantifiée). Les différentes fréquences d'émission possibles, dépendent essentiellement de la nature du gaz. Par exemple, le sodium n'est capable que d'emettre une lumière jaune. Soit excitation est suffisante auquel cas il emet du jaune. Soit ce n'est pas le cas auquel cas il n'émet "rien" (je simplifie bien entendu).
    Voili voilou.
    Ho! Ho! Ho!

  5. #4
    deep_turtle

    Re : Rayonnement des gaz

    Désolé géant vert mais ton argument ne tient pas. A l'équilibre thermodynamique, le rayonnement de tout corps est celui du corps noir, qui est continu (ça vient des fondements de la physique statistique).

    A mon avis, la raison pour laquelle on ne voit pas rayonner un gaz chaud est que l'intensité émise est trop faible, car la densité d'atomes est beaucoup plus faible que dans un solide. Pour appuyer cet argument, notez qu'il y a un cas où l'on voit un gaz rayonner : le soleil ! Dans ce cas la densité est certes faible mais la quantité de gaz est tellement importante que ça finit par émettre de façon importante.

  6. #5
    zoup1

    Re : Rayonnement des gaz

    on voit un gaz rayonner : le soleil ! Dans ce cas la densité est certes faible mais la quantité de gaz est tellement importante que ça finit par émettre de façon importante.
    Et c'est quoi le mécanisme à l'origine de ce rayonnement ?
    Juste une hypothèse de ma part :
    Ce sont des désexcitation d'états atomique ? A température élevée on a des collisions inélastiques entre les molécules du gaz qui se traduisent par un état excité suivi par une désexcitation ? (ça s'écrit comme ça désexcitation ?)
    C'est ça ?

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    asgrim

    Re : Rayonnement des gaz

    pour le soleil il me semble que la lumière est émise suite à des réaction nucléaire ou pour le moins des changement d'états qui crée des photons au cours de la réaction
    c'est pas juste le gaz chaud qui éclaire

    masi bon je peux me tromper
    La lumière a quelque chose de maléfique.
    Seules d'obscures expériences permettent de s'y initier.

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  10. #7
    deep_turtle

    Re : Rayonnement des gaz

    c'est pas juste le gaz chaud qui éclaire
    Si si. Ce sont effectivement des réactions nucléaires qui chauffent le gaz, mais on ne voit pas du tout les photons issus de ces réactions. Ils sont absorbés très rapidement par le milieu en le chauffant.

    Remarque : si les réactions nucléaires s'arrêtaient d'un coup maintenant au coeur du soleil, ça ne changerait pas grand chose pendant quelques milliers d'années (je ne me souviens plus de la valeur, ça s'appelle le temps d'Eddington je crois), car le soleil mettrait un certain temps à se refroidir (par rayonnement, justement).

  11. #8
    le géant vert

    Re : Rayonnement des gaz

    j'avoue volontier ke mes connaissances de phys stat sont plus que rudimentaires mais en ce qui concerne le soleil je croyais justement que le caractères continu du rayonnement est dû aux couches de la "surface" solaire (j'entends par là la couche qui a une densité forte et en ce sens plus proche du solide que du gaz(la photosphère)). Ce qui explique le rayonnement continu. Alors que les raies sombres sont dues à l'absorption (raies de fraunhofer) quantifiée d'énegie par les gaz de la haut atmosphère (chromosphère).


    Quote deep-turtle
    Désolé géant vert mais ton argument ne tient pas.

    Parles tu du fait ke je pense que les émissions continues d'un corp solide sont dues au fait que les énergies dans un solide ne sont pas quantifiées à causes des multiples intéractions entre particules??? Auquel cas j'avoue bien volontier non ignorance et me précipiterai sur le Diu (ouai enfin ça c moins sur )
    Ou parles tu du fait que j'ai dit que qd un gaz n'est pas capable d'emettre ces longueurs d'onde propre il n'émet "rien". Car là il s'agissait évidemment d'une simplification. (en effet, j'ai remarqué que la physique n'aime pas trop le rien, et je sens bien que le rayonnement c'est comme le pec exel: quand y'en a plus , y'en a encore.... ).
    Ho! Ho! Ho!

  12. #9
    deep_turtle

    Re : Rayonnement des gaz

    En effet tu as raison, la chromosphère est bien plus dense (de l'ordre de 0.5 g/cm3) que les gaz dans les conditions terrestres.

    Parles tu du fait ke je pense que les émissions continues d'un corp solide sont dues au fait que les énergies dans un solide ne sont pas quantifiées à causes des multiples intéractions entre particules???
    Oui. C'est plus clair dans les gaz, pour lesquels les énergies d'excitation sont quantifiées, et qui donnent quand même un rayonnement de corps noir.

  13. #10
    Lambda0

    Re : Rayonnement des gaz

    A 1200°C (1500K), le maximum d'émission d'un corps noir se trouve autour de 2µm : donc non seulement l'émission est faible du fait de la faible densité du gaz, mais l'essentiel de l'énergie est émise en dehors du spectre visible.
    Le spectre d'une lampe à arc Xénon est constitué d'une partie corps noir à environ 6000K et de quelques raies.
    6000K -> maximum vers 500nm : on voit effectivement bien l'arc (c'est la moindre des choses pour une lampe!).

    Commentaire a Deep_Purple:
    A mon avis (à vérifier), l'arrêt des réactions nucléaires dans le soleil provoquerait immédiatement son explosion en nova, par rupture de l'équilibre entre gravitation et pression de radiation.

  14. #11
    deep_turtle

    Re : Rayonnement des gaz

    A mon avis (à vérifier), l'arrêt des réactions nucléaires dans le soleil provoquerait immédiatement son explosion en nova, par rupture de l'équilibre entre gravitation et pression de radiatio
    Non, c'est la pression thermique qui contrebalance la gravitation dans une étoile. Je vais calculer lesordres de grandeur et je reviens avec des chiffres...

  15. #12
    deep_turtle

    Re : Rayonnement des gaz

    OK, en cherchant des chiffres je suis tombé sur ce lien :

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Pression_de_radiation

    qui devrait achever de te convaincre. Voila quand même ces chiffres : la pression de radiation évolue comme p=5.52 T4 Pa si T est en K. POur une température de 15.106 K au coeur du soleil ça donne p=2.1 1014 Pa.

    En revanche, la pression thermique vaut p=3.4 10
    14
    Pa au coeur du soleil.

    Par contre pour les étoiles très massives la pression de radiation peut jouer un rôle important.

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  17. #13
    deep_turtle

    Re : Rayonnement des gaz

    CI-dessus il faut lire

    En revanche, la pression thermique vaut p=3.4 1014Pa au coeur du soleil.

    Erreur de balise, j'ai relu après le délai réglementaire...

  18. #14
    Lambda0

    Re : Rayonnement des gaz

    Merci pour l'info.
    Celà doit dépendre effectivement de la masse de l'étoile, de son stade d'évolution, de sa structure interne.
    L'idée était qu'un arrêt des réactions nucléaires entraine un effondrement de l'étoile sur elle-même par gravité (qui n'est plus compensée par la pression de radiation issue du centre), suivi d'un rebond générant l'explosion quand le centre atteint une densité trop importante.
    Mais suivant les valeurs des paramètres, je suppose qu'il peut y avoir simplement une contraction, sans conclusion catastrophique.
    D'un autre côté, la contraction provoque un échauffement qui produirait un effet inverse.
    Comme je ne suis pas astrophysicien, je m'arrête là avant de dire plus de bétises. Ce n'était d'ailleurs pas l'objet de la discussion.



    Pendant que j'y suis, complément sur les lampes à arc :

    la physique de ces lampes est en fait assez complexe, et en y réfléchissant, je ne suis plus si sûr que la composante continue visible soit exclusivement due au rayonnement thermique de l'arc : 6000K, ça fait quand même beaucoup, surtout avec une pression de 10 ou 20 bars en fonctionnement, sachant que la température de l'enveloppe de quartz est d'environ 900°C.
    Si on exclut le rayonnement thermique des électrodes et de l'enveloppe, environ 75% de l'énergie provient de l'arc.
    Sur ces 75%, une partie est emportée dans des raies d'émission discrêtes, une autre partie dans un rayonnement de corps noir, mais il y a encore d'autres processus qui peuvent produire des spectres larges dans les lampes à halogénures métalliques.
    L'importance relative des différentes composantes dépend de la pression, de la densité de courant, de la composition du mélange, etc.
    Donc, sous réserve.

    Voilà, je retourne dormir...

  19. #15
    asgrim

    Re : Rayonnement des gaz

    les sels qui sont dans le bulbe de l'arc ils servent à former l'arc ???
    ou bien l'arc les chauffe et c'est eux qui émettent la lumière blanche??
    l'arc je le voit bleu moi
    La lumière a quelque chose de maléfique.
    Seules d'obscures expériences permettent de s'y initier.

  20. #16
    deep_turtle

    Re : Rayonnement des gaz

    Bon, pour ceux qui ont lu le petit calcul des pressions dans un message précédent, vous avez dû ... Je sais pas ce que j'ai fait avec l'édition mais c'est n'importe quoi. Voilà la version correcte :

    la pression de radiation évolue comme p=5.52 10-15T4 Pa si T est en K. Pour une température de 15.106 K au coeur du soleil ça donne p=2.8 1014 Pa.

    En revanche, la pression thermique vaut p=340 1014Pa au coeur du soleil.

    Il y a bien deux ordres de grandeur de différence... Désolé, ça m'apprendra à poster trop vite, je vais faire plus attention maintenant...

  21. #17
    Max

    Re : Rayonnement des gaz

    Salut,

    La question du rayonnement des gaz n’est pas simple, surtout quand on aborde le cas des arcs de certaines lampes ou des réactions chimiques peuvent contribuer au rayonnement.


    Citation Envoyé par pmdec
    Pourquoi, même dans l'obscurité, ne "voit-on" pas un gaz chaud (~1200°C) "rougeoyer" comme les matières solides ?
    Comme le fais remarquer justement asgrim et geant-vert, les interactions entre particules dans un gas ou un solide n’ont pas la meme "intensite", du fait que l’espacement moyen entre les atomes (prenons un cas simple) est beaucoups plus grand que dans l’etat condense. La consequence importante en est que dans un gas, les niveaux energetiques des atomes sont de nature majoritairement discrete, alors que dans un solide le principe d’exclusion de Pauli donne lieu a la formation de bandes continues.
    Ceci est tres important dans le comportement radiatif d’un corps donne. Les solides emettent de facon continue justement grace a cette continuite dans l’energie que peuvent acquerir les electrons d’un ensemble d’atome – ce qui est difficile dans les gas, sauf dans certaines conditions particulieres, ceux des plasmas (j’y reviendrais plus tard)

    Deep-turtle disait que tout corps a l’equilibre thermodynamique emet un rayonnement de type corps noir. Ceci est vrai quand tout les elements du corps sont a cet equilibre. Le "tout" inclus aussi le gas de photon qui interagis dans le corps donne. Dans le cas du solide, les processus d’absorption et d’emission de photons ont lieu de maniere tellement frequente, et sur un spectre d’energie si large, que le gas de photons est en equilibre thermodynamique avec la matiere. Il existe cependant des differences entre solides et corps noirs ideaux, dans le fait que l’emissivite des solides n’est pas egale a un et varie avec l’energie des photons. Ceci est du au fait que l’energie que peuvent occuper les electrons dans un solide ne forme pas un continu parfait, et que le taux d'absorption n'est pas egal au taux d'emission lumineuse pout toutes les longueur d'ondes.
    Suivant cette logique, il est parfaitement possible que dans un gas dense (pression superieur a l’atmosphere), ou tres epais (cas du soleil), le gas de photon soit en equilibre thermodynamique avec le gas de matiere, a la tres grosse difference pres que cette equilibre ne se fera qu’a quelques energies bien donnees des photons, energies correspondant aux transitions energetiques permises des atomes du gas (sauf pour le soleil, ou le gas est ionise). Dans ce cas, l’intensite relative de chaque raies observee suivra une distribution en energie de type Planckienne a la temperature des deux gaz. Encore que, l’autre condition est que le gas doit etre optiquement epais a ces energies de transition – c’est a dire que le processus d’absorption doit etre tres important et egal en nombre par seconde et unite de volume aux processus d'emission. Un gas optiquement mince (peu d’absoption compare a l'emission) pourra certe emettre de la lumiere, mais les intensites relatives des differentes raies ne suivront pas la distribution de Planck.

    Cependant, cette image, bien que theoriquement bonne, est assez imparfaite car il faut qu’il y ait des electrons presents dans les niveaux energetiques superieurs des atomes pour que les interactions entre les photons et atomes puissent avoir lieu – sans lesquels le gaz de photon ne sera pas en equilibre thermodynamique. Ce cas de figure est tres frequent avec la majorite des atomes, car pour peupler les niveaux superieures, les electrons doivent d’abord occuper le premier niveau (dit de resonnance) qui se trouve justement a des energies elevees (plusieurs eV – 1eV=11600K). De ce fait, il faut une temperature de gas tres elevee, plusieurs milliers de K, pour commencer a peupler ce premier niveau, en dessous du quel il ne peut y avoir de transitions. Meme quand cette condition est verifiee, tous les autres niveaux ne sont pas peuples et on parle alors d’equilibre thermodynamique partiel en ce qui concerne les photons.
    Il y a cependant certains atomes, les alcalins, qui ont des niveaux de résonance bas (2eV ou moins), et qui peuvent emettre un rayonnement visible (non continu) quand un gaz de ce type est chauffe a haute temperature. Ceci est aussi vrai pour certaines molecules qui ont des niveaux ro-vibrationnels tres bas, et l’on observe souvent un spectre de bandes dans l’infrarouge a des temperatures relativement basses. L’analyse de ces spectres moleculaires sont d’ailleur souvent employe pour calculer la temperature de gaz donnes.

    Pour reprendre la question initiale, la raison pour laquelle l’air (par exemple) ne rougis pas a 1200C est justement parce que les atomes et molecules presents dans l’air n’ont (quasiment) pas d’electrons qui peuplent les niveaux energetiques susceptibles d’emettre et d’absorber la lumiere visible. Cela n’est donc pas du au simple fait de la faible densite du gaz, comme le dit Lambda0 dans un de ses messages. A ce titre, l’emission lumineuse d’un gaz a moins d’un cent-millieme d’atmosphere est parfaitement visible, ce malgres la faible densite dudit gaz.


    Citation Envoyé par Lambda0
    Le spectre d'une lampe à arc Xénon est constitué d'une partie corps noir à environ 6000K et de quelques raies.
    6000K -> maximum vers 500nm : on voit effectivement bien l'arc (c'est la moindre des choses pour une lampe!).
    La comparaison avec un gas chauffe n’est pas si simple, car dans les cas des lampes a decharges ou a arc, on est en presence d’au minimum deux autre gaz : les gaz d’ion et d’electrons – qui font que les interactions ne sont pas les meme que ceux d’un gas non ionise. D'ailleur, il est tres frequenct de trouver dans les arc des differents types de gas qui ne sont aps en equilibre thermodynamique, et on prescrit dans la majorite des cas deux temperatures, celle des particules lourdes (ions, molecules et atomes), et celle des electrons, souvent plus elevee du fait de collisions superelastiques avec des atomes/molecules excitees et du champs electrique qui fait deriver cette population de particules.
    Chaque lampe est en elle meme un cas tres particulier, impliquant des processus radiatifs et des interactions qui peuvent etre (et sont) differents d’une source a une autre. Prenons le case precis des lampes au xenon. Pourquoi le xenon ? parce que parmis les gas rares c’est celui (ormis le radon – radioactif donc instable) dont les electrons de valence sont les moins lies a l’atome. Ceci est ultra important, car ca signifie que les niveaux energetiques superieur (et notamment ceux de Rydberg – les plus eloignes) pourront etre tres influences par les ions et electrons libres environnants, et par les interations atomes-atomes (haute pression = 20-100 bars). Ceci est beaucoups moins le cas avec les autres gas rares, donc ils sont moins interessant du point de vue radiatif.
    Autrement dit, une grande partie du spectre continu de l’arc au xenon provient de viveaux energetiques eleves des atomes qui sont perturbes (effet Stark, elargissement par pression), plus effet doppler. Ce dernier a son effet car la temperature dans l’arc est bien de l’ordre de 5000-10000K, mais il y a un tres fort gradient de temperature vers les parois de la lampe, qui explique en partie la nature tres locale de tous les arcs (bien que celui au xenon est contracte plus a cause des electrodes que des parois de la lampe).
    La forte densite du gas et la disponibilite d’un spectre large de transitions entre les niveaux de Rydberg font que ce plasma est optiquement epais sur un spectre continue de longueur d’onde – d’ou le spectre optique observe. S’ajoute a cela aussi quelques raies, car il y a quand meme des transitions discretes (certes tres elargies) qui ne sont pas optiquement epaisses.
    Le rayonnement continue du xenon a aussi d’autres origines comme l’emission bremmstrahlung – (ou rayonnement de freinage, en Allemant, si l’orthographe est correcte) – qui est du a l’interaction des electrons avec les ions. Le brusque changement de direction des electrons lors "d’impact" avec les ions induit une acceleration de ladite particule, et cela donne lieu a l’emission de rayonnement electromagnetique.

    En ce qui concerne les lampes aux iodures (ou halogenures) metallique [je vais etre bref], il peut exister dans certain cas un rayonnement continu qui trouve plusieurs origines :
    - excitation et emission des molecules d’halogenures metalliques
    - rayonnement de recombinaison des atomes en molecules dans les zones froides de l’arc
    - formation de quasi-molecules (Na-Xe, Na-Na, Na-Hg) sous l’effet de la pression
    - rayonnement bremmstrahlung
    tout depend aussi de la chimie present autours et dans l’arc, de l’intesite electrique (effet Strak), du champ electrique, de la densite en particules etc…
    A ce titre, il est interessant de noter que le mercure au dela de 180 atmosphere presente un rayonnement majoritairement moleculaire (Hg2), qui est mis a profit dans les lampes a ultra-haute pression. Plus de 1000 bars ont ete atteint, et dans ce cas le rayonnement visible ne presente plus de raies.

    Je sais que c’est un peu long, aussi je m’en tiens la.

    A++

    Max

  22. #18
    deep_turtle

    Re : Rayonnement des gaz

    Merci pour ces précisions ! Il y a de quoi réfléchir pour tout le week-end...

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  24. #19
    Lambda0

    Re : Rayonnement des gaz

    Rep Max

    Merci pour ces précisions. Je me doutais que c'était un peu plus compliqué...
    Je suis toujours à la recherche d'un modèle permettant de simuler l'émission de ces arcs et ne dépendant pas de trop de paramètres.
    D'un point de vue pratique, le courant varie et l'arc se déforme par gravité si la lampe est couchée, ce qui fausse complètement certains calculs.
    Les docs donne parfois (pas toujours) une distribution de luminance de l'arc mesurée à l'extérieur, mais c'est souvent insuffisant et peu fiable.
    Existe-t-il des modèles plus complets, donnant en particulier une distribution d'émittance volumique ?

    Salutations

  25. #20
    Max

    Re : Rayonnement des gaz

    Salut,

    Oui, il faut en plus tenir compte des phenomenes de convection, de segregation et de cataphorese, surtout en ce qui concerne les lampes aux iodures metalliques dont la composition chimique peut varier enormement d'un endroit a un autre. Les docs, comme tu le dit, ne donnes pas vraiments des information fiables et precise - on trouve souvent des resolution mediocres dans les spectres mesures et voir meme des erreurs. Ceci peut se comprendre par le fait que d'un - les gens qui redigent ces brochures ne sont pas dans tout les cas des scientifiques incollables sur le sujet, et de deux - le fabriquants de lampes n'ont pas interet a donner des info trop precises afin d'eviter que tel ou tel concurrent ne determine quel est la composition precise de la dose employee dans une nouvelle lamp (par exemple - cas de la Britespot ES50 de Sylvania, introduite en septembre dernier).
    Donc le mieux est souvent de faire ses propres mesures, ce avec des instrument adequats.

    En ce qui concerne les models d'emission des arcs, le probleme est tres loin d'etre simple et requiert beaucoups de parametre d'entre pour peu que l'on cherche a optenir un resultat assez precis. Je sais qu'il existe des models devellopes par nombres d'universites - le groupe dans lequel je travail en fait partie - et d'entreprises, mais ces derniers ne seront pas tres enclins a fournir le code source. Si tu veux, je peut me renseigner pour quelques contact et references a ce sujet. D'ailleur, la semaine derniere il y avais une conference a Toulouse sur la science et technologie des lampes, et il me semble avoir entrappercu un poster traitant de la modelisation du spectre des arcs - je fouillerais dans les proceedings...

    Sinon, il y a un excellent livre qui a un chapitre dedie a la modelisation du spectre d'emission des arc mercure-xenon-sodium; il s'agit de:
    "High-pressure sodium lamps" -par J. van Vliet et J. de Groot, parus en 1986 (je pense), ed. McMillan, dans la collection "Philips Technical Library".
    Ce bouquin est epuise, mais avec de la chance tu pourra le trouver a la bibliotheque.

    A++

    Max

  26. #21
    Lambda0

    Re : Rayonnement des gaz

    Rep Max :

    En fait, j'ai déjà développé des modèles puisque je fais de la modélisation de systèmes physiques et développe des codes de simulation, en optique et électromagnétisme en particulier.
    De façon très sommaire, par des mesures de distribution de luminance sous différents angles et en faisant quelques hypothèses, on arrive à déduire une distribution d'émittance volumique par une transformation inverse, que l'on peut ensuite réutiliser dans des algorithmes de génération de rayons par méthode de type Monté-Carlo par exemple.
    Ce n'est pas très physique, mais c'est à peu près tout ce qu'on peut faire avec les docs constructeurs et quelques mesures, et en fait, c'est souvent suffisant pour des applications simples.
    Les problèmes surviennent quand on utilise la lampe dans des conditions un peu différentes (par exemple, inclinée à 45 deg), ou si on a besoin d'une bonne résolution au niveau de l'arc.
    Sans aller jusqu'à modéliser tous les processus, une modélisation approchée de la déformation de l'arc par gravité présente un intérêt pratique par exemple.
    Pour ce qui est du spectre, celà dépend de l'application, mais c'est en général moins critique si on ne cherche pas à exploiter une raie particulière. Les utilisateurs de ces lampes ne s'intéressent souvent qu'à des paramètres très grossiers comme la température de couleur.

    Je suis bien intéressé par toute référence bibliographique sur le sujet.
    J'ai entendu parler de cette conférence à Toulouse, mais je n'ai pas pu y aller faute de temps.
    Je vais quand même faire une recherche sur le livre de la "Philips Technical Library". Merci pour l'info.


    A+

  27. #22
    asgrim

    Re : Rayonnement des gaz

    salut

    ben ca m'interresse beaucoup tout ca mais je suis pas au niveau
    déjà je manque un peu de culture
    vous ne connaitriez pas un bouquin (ou autre doc) qui décrive un peu tout les types de lampes (principe physique du phénomène d'émission, process de fabrication, caractéristique de flux , spectre, distribution)

    Lambda0, as tu des exemples de cas ou il est utile de connaître le raonnement de l'arc
    j'ai fait un peu de photomètrie pour l'éclairage le problème de l'arc s'étais plutot de savoir sa position (en retournant le montage , l'arc se défocalise) mais le rayonnement en lui meme n'avait pas l'air de poser de gros soucis


    encore une question,
    les diagrammes d'émission des LED sont ils aussi peu fiable que ceux des lampes


    pour finir (si vous ne vous etes pas encore lassé)
    j'utilise dans mon montage , une lampe de témoin d'alarme (une lampe comme pour les lampes de poche mais avec un bulbe plus gros : 16mm de diametre)
    Le bulbe est sphérique et le filament , un tortillon de environ 1mm de diamètre pour 2mm de long. il suit une courbure
    personne ne donne de diagrame d'émission , meme peu précis sur ce type de lampe (pas d'utilité dans les applications correspondantes)
    j'ai constaté qu'il y a plus de flux émis dans l'axe que sur les coté mais je n'ai pas les moyens de mesuré ca correctement

    j'ai fait l'hypothèse que la meme quantité de flux est émise dans toutes les directions. C'est faux bien sur mais de combien je peux me tromper
    mes mesures à la mac givers me donait une variation de 15 à 20 % environ
    ca parait plausible??


    merci
    La lumière a quelque chose de maléfique.
    Seules d'obscures expériences permettent de s'y initier.

  28. #23
    Lambda0

    Re : Rayonnement des gaz

    Rep: asgrim

    Il y a tellement de principes technologiques de sources lumineuses et de nouveautés que je ne sais pas s'il existe un ouvrage synthétique : lampes à incandescence, à décharge, LEDs, lasers...
    Principes physiques utilisés : rayonnement de corps noir, décharge dans un plasma, fluorescence, électroluminescence, effet Destriau, émission stimulée.
    En vrac, liste absolument pas exhaustive. Rien que sur les lasers, il y a de quoi remplir des bibliothèques, entre les lasers à gaz, les lasers solides et autres.
    Si tu précise un peu tes applications, je pourrais mieux te renseigner.

    Pour ce qui est de la modélisation des arcs, la déformation entraine éventuellement une défocalisation qui peut dégrader significativement les performances d'un système. Tout dépend de la configuration géométrique.
    Pour ce qui est du rayonnement, pour certaines applications, on s'intéresse à la luminance absolue de la source : simulateurs solaires par exemple.
    La dimension de l'arc détermine l'étendue géométrique du faisceau et l'éclairement maximal que peut produire en théorie un système optique. L'arc n'ayant pas une limite bien définie, il est important dans ce cas de connaitre précisément la distribution de l'émission si on travaille au voisinage de la limite physique (déterminée par le théorème de conservation de la luminance, principe thermodynamique).

    Emission des LEDs : aucune confiance dans les données constructeurs, je fais presque toujours la mesure. En réalité, pour certaines LEDs, les constructeurs maitrisent mal les procédés de fabrication et on observe des fluctuations très importantes.
    Problème: si on utilise une LED à faible distance, les données constructeurs ne sont jamais suffisantes car elles se limitent à un diagramme d'intensité. On peut facilement faire n'importe quoi.
    A peu près aucune chance que le vendeur de la LED (et même celui qui a fait la doc) ait jamais entendue parler de la luminance.
    Ca m'est déjà arrivé de décortiquer une LED et de regarder au microscope pour essayer de comprendre.

    Filament hélicoidal:
    pratiquement jamais de données photométriques pour ces lampes. Le vendeur ne sait d'ailleurs probablement pas de quoi il s'agit (non, non, je n'ai pas une dent contre les vendeurs de lampes!).
    Chaque point de la spire émet un rayonnement de corps noir (en fait un corps gris).
    L'émissivité du tungstène vaut environ 0.5, mais celà dépend de la température, qui, pour couronner le tout, n'est pas homogène sur la longueur du filament.
    Pour finir, le flux émis par une spire peut retomber sur une autre, ce qui produit un échauffement local, donc une émission avec un spectre différent.
    etc.etc.etc.
    Globalement, si on arrive à caractériser l'émission d'une lampe à 20% près, on est content. A 5%, c'est de la métrologie.
    Là encore, la précision requise dépend de l'application.
    L'émission devrait être maximale perpendiculairement à l'axe du filament, et est probablement assez différente d'une émission isotrope.

    Voilà

  29. #24
    pmdec

    Re : Rayonnement des gaz

    Merci pour toutes ces réponses, même s'il y a eu beaucoup de digressions (mais en lisant d'autre fils, je m'aperçois que c'est souvent la norme). Ma question ne portait que sur l'absence de perception d'un quelconque rougeoiement par un gaz à 1200°C, même dans l'obscurité, et je crois avoir eu au moins un début de réponse :
    - faible densité de matière => quantification => tout ou rien, ici ... rien ! (rép #3 par le géant vert),
    - même raison mais explication différente : densité de matière trop faible (rep #4 par deep_tuttle),
    - états fondamentaux/excités ne correspondant pas à l'émission possible de lumière visible (rep#17 par max) :
    Citation Envoyé par Max
    Pour reprendre la question initiale, la raison pour laquelle l’air (par exemple) ne rougis pas a 1200C est justement parce que les atomes et molecules presents dans l’air n’ont (quasiment) pas d’electrons qui peuplent les niveaux energetiques susceptibles d’emettre et d’absorber la lumiere visible. Cela n’est donc pas du au simple fait de la faible densite du gaz, comme le dit Lambda0 dans un de ses messages. Max
    Cette dernière explication appelle une autre question. Si cette absence de rougeoiement est liée à la transparence de l'air pour cette même couleur, en est-il de même pour un solide ? Je me souviens de m'être souvent brûlé avec du verre très chaud, car on ne "voit" pas qu'il est chaud, contrairement à du métal par exemple : un corps transparent pour une couleur donnée n'émettrait donc pas cette couleur quand il est suffisamment chauffé pour qu'un "corps noir" à la même température l'émette ? Autrement dit, tout simplement, un corps transparent n'est ...pas noir !!! (ni rouge, ...ni ... )

  30. Publicité
  31. #25
    asgrim

    Re : Rayonnement des gaz

    moi j'ai trouvé la réponse de max plutot convaincante

    pour ce qui est de ta dernière remarque
    il y a verre chaud et verre chaud
    qu'entends tu par la?
    j'ai du verre en fusion sous les yeux tous les jours et je te garanti que je le voit, il est plutot jaune orangé
    je ne voit pas à travers mais peut etre suis-je "aveuglé " par son rayonnement et je ne voit pas ce qui est de l'autre coté (un peu comme une vitre séparent une zone éclairée et l'extérieur plongé dans le noir, le reflet (8% de la lumière qui quitte la pièce)sur la vitre prime sur la lumière issus de l'extérieur (92% est transmis)


    bien sur il est à 1500°, donc tu sents la chaleur bien avant de poser la main dessus.
    cependant quand ma casserole est chaude, elle n'as pas changé d"aspect visuel"


    De plus je ne suis pas certain que l'on puisse mettre dans le même sac la transparence et le corps noir

    pour moi un corp transparent, c'est un corps qui n'absorbe pas le rayonnement qu'il recoit dans la gamme observée (le verre est transparent dans le visible mais opaque pour les UV)
    lorsque l'on parle d'un corps se comportant comme un corps noir , on traduit son caractère émissif, c'est à dire le rayonnement qu'il émet de par lui même

    exemple : si l'on chauffe une plaque de verre, elle est tout d'abord transparente et n'émet pas de rayonnement,
    en la chauffant elle commence à devenir moins transparente (elle l'est toujours, la lumière passe à travers) mais en plus on la voit commencer à rougeoyer, rayonnement qu'elle produit elle même


    pour finir je ne suis pas sur que ta réponse initiale aie une réponse simple et générale. Je pense qu'il y a beaucoup de cas possible .
    déjà il y a plusieur type de solide avec des comportement différents en fonction des matériaux, l'agencement de ceux ci, etc...
    ce doit etre la même chose avec les gaz
    il me semble même que c'est plus compliqué , avec ces histoire de gaz ionisés, de plasmas etc

    je m'escuse mais je vais encore disgréssé, mais c'est un forum et comme dans la vie , une discussion en amène une autre et c'est la tout l'intéret d'un forum

    rep : lambda0
    merci lambda0 pour tes éclaircissements, tu as confirmé de gros soupcon que j'avais(même si ca ne m'arrange pas forcément)

    en fait j'ai fait des étude d'optique plutot portée sur les applications laser et télécom optique (due au labo qui entoure mon école)
    mais la photomètrie de base n'as pas été trés développée
    2h en première année et une dizaine d'heures en dernière année pour décrire des systèmes particulires (écrans de visualisation, instrumentation optique ...) mais jamais personne ne nous a détaillé le fonctionnement, meme basique d'une lampe quelconque
    J'aimerai bien travailler dans l'éclairage ou la visualisation (rétroéclairage de LCD par exemple)

    j'avais trouvé un bouquin qui en parlait dans la biblio de l'école mais il était vieux et surtout, pas à moi (3 semaine pour le lire et le retenir c'est cours surtout quand on a plein de cours à apprendre)

    donc je suis intéréssé par de conseils de toute personne "éclairée" dans le domaine sur une sorte de bible , complète sur les lampes pour l'éclairage (LED et Laser non obligatoire) que je pourrais acquérir pour ma bibliographie personnelle

    sinon pour revenir aux datasheet des LEDs, quand tu dis qu'il y a gros écart entre ce qui est annoncé et la réalité, je l'avais constaté pour ce qui est du flux mais est ce de même pour le diagramme d'intensité (par exemple,pour une led à diagramme en cosinus , comme une surface lambertienne en fait)

    et une question qui me viens en relisant ta réponse, à qu'elle distance peut on considérer le diagramme d'intensité comme valable pour une led

    voila pour ma disgression mais
    merci à vous pour vos réponses

    asgrim
    La lumière a quelque chose de maléfique.
    Seules d'obscures expériences permettent de s'y initier.

  32. #26
    Max

    Re : Rayonnement des gaz

    Salut,

    Citation Envoyé par lambda0
    De façon très sommaire, par des mesures de distribution de luminance sous différents angles et en faisant quelques hypothèses, on arrive à déduire une distribution d'émittance volumique par une transformation inverse, que l'on peut ensuite réutiliser dans des algorithmes de génération de rayons par méthode de type Monté-Carlo par exemple.
    Je crains de mal comprendre. Par "emittance volumique" je comprend l'emission (puissance, spectre) par unite de volume [I]dV[\I] d'arc, variable d'espace - est-ce bien cela?
    par transformation inverse te refere-tu a l'inversion d'Abel?
    Si ce n'est pas le cas alors je ne saisi pas tres bien comment tu peut rendre compte de phenomenes cruciaux comme l'autobasorption et l'inversion de raies spectrales optiquement epaisses (par exemple) via l'observation de la lampe dans son ensemble a different angles. peut-tu detailler un peu plus stp.


    [QUOTE=lambda0]Les problèmes surviennent quand on utilise la lampe dans des conditions un peu différentes (par exemple, inclinée à 45 deg), ou si on a besoin d'une bonne résolution au niveau de l'arc.[QUOTE=lambda0]

    Cela depend de la source que tu etudie. C'est vrai que si tu etudie les lampes aux halogenures metalliques quartz cela peut poser nombres de problemes, mais pour ce que j'en sais, les lampes a vapeur de sodium haute pression sont assez insensibles a la position de fonctionnement.


    [QUOTE=lambda0]Je suis bien intéressé par toute référence bibliographique sur le sujet.
    Je vais quand même faire une recherche sur le livre de la "Philips Technical Library". Merci pour l'info.[QUOTE=lambda0]

    Pour tout dire, je n'ais pas cherche ce week-end (temps trop beau), mais j'y reviendrais plus tard. Envois moi un MP si tu n'arrive pas a trouver le bouquin de de Groot et van Vliet.


    Citation Envoyé par pmdec
    Cette dernière explication appelle une autre question. Si cette absence de rougeoiement est liée à la transparence de l'air pour cette même couleur, en est-il de même pour un solide ? un corps transparent pour une couleur donnée n'émettrait donc pas cette couleur quand il est suffisamment chauffé pour qu'un "corps noir" à la même température l'émette ? Autrement dit, tout simplement, un corps transparent n'est ...pas noir !!! (ni rouge, ...ni ... )
    C'est lidee en substance de la loi de Kirchoff, qui stipule que l'absorptivite d'un corps gris est egal a son emissivite a une [U]temperature donnee[\U].
    Ce dernier point est critique, car ceal implique, a raison, que les proprietes optiques d'un corps dependent de la temperature. Si une bonne quantite de gas ne voient pas leurs emissivites changer a forte temperature (si ils ne sont pas ionises, et qu'il n'y a pas de reaction chimiques), il n'en va pas de meme avec les solides. Ainsi ton raisonnement est a peut pres correcte en ce qui concerne les gas, mais pas pour ce qui est des verres par exemple.
    Ces materiaux ont un absorptivite qui augmente a mesure que l'on chauffe a des temperaures de plusieurs milliers de degres. D'ailleur, certains verres deviennent des bon conducteurs electriques a haute temperature (>1000C en tout cas), ce qui traduit le fait de la presence d'ions et d'electrons libres dans le materiau, et aussi, mais implicitement, d'un changement radical du niveaux energetiques que peuvent occuper ces electrons. Certains de ces niveaux permettront des transitions energetiques dans le domaine visible - chose qui n'etait pas possible a temperature ambiante, d'ou l'accroissement de l'emissivite dans le visible de ce materiau.
    Ceci n'est pas une regle generale, et il y a des materiaux, le quartz entre autre, qui ont une emissivite relativement faible a 1000C, et n'emettent peut d'energie lumineuse visible compare a un corps noir. Ces materiaux, et d'autres ceramiques, sont mises a profit dans les lampes afin de limiter les pertes thermique par voie radiative du bruleur.

    Pour la petite histoire, la Tungstene a supplante le carbone comme filament dans les lampes a incandescence non seulement a cause du point de fusion plus eleve et de la pression de vapeur plus faible du tungsten, mais aussi a cause de son emissivite plus faible dans l'infrarouge. Ce qui implique qu'a une temperaure donne, le tungsten emmet moin d'infrarouge que le carbon. Ces materiaux on les appels des radiateurs selectifs, et les manchons au oxides de thorium-cerium (dit manchons "Auer") employes dans les lampes de camping au gas en sont un excellent exemple. Il y a eu d'ailleur beaucoups de recherche - infructueuses - afin d'obtenir des materiaux a tres faible emissivite dans l'infrarouge. Les dernier en date sont des lampes a filament de nanotubes de carbon et ceux a crystal photoniques de tungsten. Chacun on quand meme des problemes qui font qu'il se passera des annees avant de les avoir dans le supermache du coin.

    Pour revenir au gas, et a leur emissivite, il y a certe certains composes comme le brome et l'iode qui presente des bandes d'absorptions dans le visible. On pourrais penser des lors que ces gas devrais rayonner une lumiere visible a temperature plus elevee. Ceci n'est pas forcement le cas, car dependant de l'energie de liaison entre les molecules, celles-ci se dissocieront a mesure que l'on augmente la temperature. Arrive a une temperature ou un corps noir emmet une quantite visible de lumiere rouge, tout el gas ce trouvera certainement en phase atomique et non moleculaire comme c'etait le cas a temperature ambiante - et pedra de ce fait ses proprietes optiques initiales.


    Citation Envoyé par pmdec
    pour moi un corp transparent, c'est un corps qui n'absorbe pas le rayonnement qu'il recoit dans la gamme observée (le verre est transparent dans le visible mais opaque pour les UV)
    Il faut aussi considerer l'epaisseur du mileu, car le verre qui en apparence n'est pas absorbant l'est en fait, mais cette absorption n'est appreciablement visible a l'oeil nu que pour des epaisseur grande. Cela peut se voir sur une plaque de verre de 5mm a 1cm d'epaisseur. on n'oberve pas de coloration du verre dans le sens perpendiculaire a l'epaisser, mais seulement dans le send des longueurs de la vitre.


    Citation Envoyé par pmdec
    donc je suis intéréssé par de conseils de toute personne "éclairée" dans le domaine sur une sorte de bible , complète sur les lampes pour l'éclairage
    Tu peut alors considerer l'ouvrage suivant comme tel:
    Lamps and Lighting - Marsden et Coaton (ed.) - Arnold 1996. Il y a eu et tout quatre editions, la premiere datant de 1969 je pense. Cependant je ne saurais trop recommender les autres ouvrages, non moins important:
    - electric discharge lamps - John F Waymouth - MIT press 1971
    - les sources de lumieres - Association Francaise de l'Eclairage (AFE) - ed. LUX 1992 et 1987 (deux editions, assez similaires)
    - light sources - W. Elenbaas - MacMillan 1973

    En dehors des antiquaires et broquanteurs tu ne trouveras pas ces livres a bas prix, car soient il sont en rupture d'impression depuis longtemps, soit ils sont edites en faible quantites.
    Tu trouveras certainement que ces livres sont plutot vieux, mais leur contenu est a 80% d'actualite. si tu veut etre parfaitement a jour, il te faut alors creuser dans les journaux scientifique ou les publications de conferences. La derniere (LS:10, 2004) est excellented et tres complete avec des listes exhautives de reference. Mais le hic est que le livre est deja epuise - c'est pour dire!

    A++

    Max

  33. #27
    deep_turtle

    Re : Rayonnement des gaz

    Le premier message de Max dans cette discussion m'a un peu perturbé, car j'ai eu l'impression qu'une propriété que je croyais vraie :

    1/ Un rayonnement à l'équilibre avec un corps de température T est un spectre de corps noir à cette température (et est donc continu)

    était en contradiction avec ce que dit Max :

    2/ Le rayonnement d'un corps à la température T reflète les transitions permises par ses constituants (et peut donc être discret, constitué de raies).

    En fait ces affirmations ne sont pas contradictoires du tout et je voudrais expliquer ici pourquoi, pour ceux que ça intéresse.

    Considérons, pour simplifier, un gaz dont les constituants n'ont que deux niveaux d'énergie possibles, E1 et E2, et que le transition entre les deux est possible par l'émission de rayonnement (qui sera donc monochromatique à la fréquence ). Si le gaz est à la température T, ses constituants présentent une distribution de vitesse, et en principe toutes les vitesses sont présentes. A cause de l'effet Doppler, ceci signifie qu'un photon d'énergie quelconque peut toujours interagir avec certains des constituants du gaz.

    A partir de là, on montre facilement que si le rayonnement est en équilibre thermodynamique avec le corps, la compétition entre émission spontanée, émission induite et absorption conduit pour le rayonnement à un spectre de corps noir (même si le constituant du gaz n'a qu'un raie permise, j'insiste !).

    Ceci étant dit, la question de départ concerne le rayonnement qu'émet un gaz, et dans la pratique ce rayonnement n'est pas du tout en équilibre avec le gaz (essentiellement parce que l'émission induite et l'absorption ne compensent pas du tout les émissions), si bien que le petit raisonnement que je présente au dessus ne s'applique pas, et c'est max qui a raison !

  34. #28
    Lambda0

    Re : Rayonnement des gaz

    Rep Max:

    La méthode d'inversion utilisée est basée sur une transformée couramment utilisée en tomographie : transformée de Radon.
    On prend bien en compte l'absorption.
    En réalité, c'est un peu plus compliqué car on intègre des informations à priori et l'algorithme est itératif : par exemple, on interdit l'espace correspondant aux électrodes. On fait également des hypothèses sur la réflectivité des électrodes, l'effet du bulbe, et encore d'autres informations.
    On ne cherche pas à descendre dans le détail de la physique de la lampe mais à calculer une distribution d'émittance dont l'effet correspond à ce qui est observé et qui permet surtout d'avoir une idée de la distribution de luminance de l'arc dans des directions non échantillonnées au départ.
    C'est dans ce sens que je disais que la méthode n'est pas nécessairement très physique. Son principal mérite est d'être suffisamment précise pour des calculs d'ingénierie.
    Cependant, si on veut modéliser certains phénomènes tels que les déformations d'arc par gravité, il faut descendre plus dans le détail concernant la physique de la lampe, et c'est là qu'il devient difficile de trouver des informations quantitatives.

    Celà présente bien un intérêt pratique dans certaines configurations géométriques où la lampe est proche d'un réflecteur, et les effets de ces déformations sont bien observables.

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