Corps noir : matériaux, gaz et miroir

[invitecd2beb0d]

Bonjour à tous, des questions me taraudent quand à la nature du rayonnement du corps noir, si quelqu'un à des réponses, je vous en remercie d'avance:

-1 Sur le type de matériaux.
Selon Wikipédia (et si j'ai bien compris), dans le cas d'un corps noir parfait, la puissance rayonnée par mètre carrés peut se calculer avec la formule de Stefan-Boltzmann:



Cette formule signifie t'elle que le matériaux constituant n'a aucune influence sur le corps noir d'un objet ?
Que la puissance rayonnée par le corps noir de cet objet ne varie qu'en fonction de l'aire et de la température de sa surface ?
Si un objet n'étant pas un corps noir parfait est isolé de sorte qu'il ne reçoive aucun rayonnement (et donc ne manifeste pas de phénomène de réflexion) se comporte t'il alors comme un corps noir parfait ?

Merci d'avace pour vos réponses ^^
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[calculair]

bonjour,

La puissance rayonnée par m² de corps noir est donnée par la loi de stefan

P(W/m²) = sigma T^4
Cela signifie aussi que si le corps noir ne reçoit aucune energie, il n'emettra plus

Plus le corps noir absorbe et plus il emet pour respecter l'equilibre thermodynamique

[invitecd2beb0d]

- 2 Le cas du gaz:

Considérons un cylindre de gaz "idéal" (qui n'absorbe rien), isolé, entouré de vide, dont la section et la température sont fixes, seule la longueur varie d'une expérience à l'autre.
Je m'intéresse ici à la puissance transportée par les rayons émis parallèlement à la longueur du cylindre.

[IMG][/IMG]

La puissance de ce rayonnement varie t'il avec la profondeur du cylindre ?

Merci d'avance ^^

[invitecd2beb0d]

A calculair: Donc le matériaux est hors de cause dans le cadre strict du corps noir ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitecd2beb0d]

Excusez moi, j'ai oublier de préciser que la température est toujours fixe dans les cas que je propose, le moyen utiliser pour maintenir cette température n'a pas d'importance, c'est une "expérience de pensée" si j'ose dire.

- 3 Le miroir:

Considérons un corps noir parfait placé près d'un miroir "idéal" (qui réfléchis tout les rayonnements qu'il reçoit).
Ce miroir émet il également un rayonnement de corps noir ?

Si oui, alors je m'intéresse ici aux rayons émis de manière unidirectionnels (et aux rayons incident correspondant pour la réflexion):

Après réflexion, Le rayonnement émis par le corps noir parfait s'additionne t'il simplement à celui émis par le miroir (si le miroir en possède un) ?

Encore merci d'avance. ^^

[invitecd2beb0d]

Voici le shéma pour la question sur le miroir:


[IMG][/IMG]

(désolé pour le multi-post, j'ai eu quelques problèmes avec l'hébergement)

[calculair]

tout se passe comme si un corps noir symetrique du miroir rayonne.

Le miroir s"il n'aborbe rien ne peut modifier le rayonnement du corps noir.

La puissance du rayonnement depend que de la temperature, et non du volume du corps noir supposé parfaitement noir

[invitecd2beb0d]

tout se passe comme si un corps noir symetrique du miroir rayonne.

Le miroir s"il n'aborbe rien ne peut modifier le rayonnement du corps noir.

Merci calculair

La puissance du rayonnement depend que de la temperature, et non du volume du corps noir supposé parfaitement noir

Ca veut dire que si le soleil était 10 fois plus gros, et avait la même température de surface, il donnerait à la terre la même quantité d'energie ?!?

[calculair]

Merci calculair

Ca veut dire que si le soleil était 10 fois plus gros, et avait la même température de surface, il donnerait à la terre la même quantité d'energie ?!?

Tu as presque raison....

La loi se Stefan dit que c'est vrai par m² de la surface du soleil

Si le soleil est 10 fois plus gros, son rayon serait 2,1 fois plus grand
et sa surface 4,4 fois plus grande

L'energie recue par la terre serait 4,4 fois plus grande !!!!

C'est l'application de la loi de Stefan

[invitecd2beb0d]

Ha tu me rassure, c'est bien par mètre carrés (j'ai cru un moment avoir interpréter un truc complètement à l'envers ^^)
Donc le volume d'un objet à une influence, mais bien évidement que si il influence la surface.

Par rapport au miroir et au gaz, je vais reformuler ma question, et essayer autrement.

J'ai lu sur Wiki qu'un corps noir est un objet idéal, qui absorberait tout rayonnement, ce qui veut dire que tout rayon qu'il émettrai ne serait que l' émission spontané due à sa température de surface.

Un miroir qui serai totalement réfléchissant (ou de très bonne qualité pour ceux qui n'aiment pas les choses qui n'existent pas ^^) serai donc un objet pas du tout absorbant (et donc se viderai peut à peut de sa chaleur)
Mais dans mon cas, on maintient la température de ce miroir constante (une résistance qui serpente à l'intérieur et alimenté par un générateur, par exemple...).
La question que je me pose est alors la suivante: ce miroir qui n'est pas absorbant rayonne-t'il spontanément sa chaleur en plus de sa réflexion ?

Pour le gaz qui serai totalement "transparent" (et donc pas du tout absorbant) la question est semblable: Rayonne t'il spontanément sa chaleur en plus des rayons qu'il laisse passer à travers lui ?

[LPFR]

Bonjour.
Un miroir parfaitement réfléchissant ne rayonnerait rien, même s'il est chauffé. Un miroir n'est pas un corps noir; c'est plutôt un "corps blanc": un corps qui n'absorbe pas de radiation et n'émet pas de radiation (le terme n'existe pas: je viens de l'inventer). Il se limite à la réfléchir.
Le gaz c'est presque un "corps blanc". Il n'absorbe ni n'émet de radiation. Mais si on chauffe le gaz suffisamment haut (au delà de 1000°) des molécules ou des atomes commencent à s'ioniser et à émettre de la lumière, laquelle n'est en aucun cas la radiation du corps noir. À des températures encore plus élevées, le gaz est beaucoup plus ionisé et sa radiation se rapproche de plus en plus de celle du corps noir. C'est le cas du soleil et des arcs électriques.
Au revoir.

[invitecd2beb0d]

Merci LPFR

Un miroir n'est pas un corps noir; c'est plutôt un "corps blanc": un corps qui n'absorbe pas de radiation et n'émet pas de radiation

Un miroir qui serai de très bonne qualité et qui donc ne rayonnerai que peut de radiation, si on le plonge dans le vide spatial, hors de toute matière et de tout rayonnement, il mèterait plus de temps à perdre sa chaleur qu'un autre objet plus absorbant ?
(En partant que le vide soit suffisament vide pour négliger la conduction, que l'endroit choisis soit suffisament eloigner de toutes étoiles pour négliger l'apport exterieur de lumière, et que les 2 objets testés ont une temperature de départ non nule)

Dit autrement, le miroir possède t'il un moyen autre que la conduction et son faible "rayonnement noir" pour échanger sa chaleur de sorte à trouver l'equilibre thermique ? (partant qu'il possède plus de chaleur que le reste du système dans lequel on le considère).

[calculair]

bonjour,

un miroir parfait renvoie tout rayonnement reçu, il ne peut donc capter de l'energie par echange de rayonnement. Le rayonnement reemis est exactement le rayonnement incident


Un corps noir absorbe tous les rayonnements, il capte donc l'energie par rayonnement, sa temperature augmente jusqu'il emette autant d'energie qu'il reçoit.

les frequences des rayonnements recus et emis sont en general differentes



Maintenant si tu chauffes le miroir avec une energie propre au miroir, comment cette energie sera rayonné ?

Attention :J'hésite pour repondre, a priori , la loi de Stefan est applicable au miroir pour l'energie produite localement (a confirmer )

J'ajoute pour la reflexion , que les bouteilles thermos sont recouvertes par une enveloppe reflechissante et les couvertures de survie des pompiers sont egalement brillantes. Ce type de revetement dois donc limiter les echanges avec le milieux environnant

[LPFR]

Bonjour.

Un miroir qui serai de très bonne qualité et qui donc ne rayonnerai que peut de radiation, si on le plonge dans le vide spatial, hors de toute matière et de tout rayonnement, il mèterait plus de temps à perdre sa chaleur qu'un autre objet plus absorbant ?
(En partant que le vide soit suffisament vide pour négliger la conduction, que l'endroit choisis soit suffisament eloigner de toutes étoiles pour négliger l'apport exterieur de lumière, et que les 2 objets testés ont une temperature de départ non nule)

Oui. Un objet avec un coefficient d'émissivité faible (petit devant 1) se refroidit plus lentement qu'un corps avec une grande émissivité (cœfficient proche de 1, ce qui correspond au corps noir)

Dit autrement, le miroir possède t'il un moyen autre que la conduction et son faible "rayonnement noir" pour échanger sa chaleur de sorte à trouver l'equilibre thermique ? (partant qu'il possède plus de chaleur que le reste du système dans lequel on le considère).

Non. Mais si c'est dans le vide, le seul moyen d'échange thermique est la radiation, et ceci pour tous les objets.
Dans l'air il y a aussi la convection et un peu de conduction. Les objets "blancs" se refroidissent plus lentement que les corps sombres. D'où la préoccupation à propos de la couverture de neige dont la disparition accélérerait le réchauffement de la terre.

Au revoir.

[LPFR]

Un corps noir absorbe tous les rayonnements, il capte donc l'energie par rayonnement, sa temperature augmente jusqu'il emette autant d'energie qu'il reçoit.

Bonjour Calculair.
Ceci n'est vrai que pour un corps noir qui n'a pas de source interne d'énergie et qui se met en équilibre avec la radiation externe.
Or on corps noir peut avoir des réactions chimiques, nucléaire ou tout simplement un filament alimenté de l'extérieur qui fait que le corps noir émet plus qu'il ne reçoit. Mais si on met ce corps noir près d'une source suffisamment puissante, le corps noir absorbera plus qu'il ne reçoit et chauffera jusqu'à la température d'équilibre... à moins qu'il ne soit refroidi par une tuyauterie venant de l'extérieur.
Cordialement,
LPFR

[LPFR]

Attention :J'hésite pour repondre, a priori , la loi de Stefan est applicable au miroir pour l'energie produite localement (a confirmer )

Re.
La loi de Stefan "'s'en fout" de l'origine de l'énergie. Elle ne tient compte que de la température de la surface.
A+

[calculair]

Bonjour LPFR

Ok pour tes pecisions,mais peux tu expliquer pourquoi le pouvoir emissif d'une surface brillante et reflechissante est faible.

Ce qui explique que la temperature d'un miroir chauffant sera bien superieure à celle d'un corps noir ( dans le noir ) et qui aurait en son sein la même energie chauffante....

Merci d'avance pour ta reponse.

[LPFR]

Bonjour LPFR

Ok pour tes pecisions,mais peux tu expliquer pourquoi le pouvoir emissif d'une surface brillante et reflechissante est faible.

Ce qui explique que la temperature d'un miroir chauffant sera bien superieure à celle d'un corps noir ( dans le noir ) et qui aurait en son sein la même energie chauffante....

Merci d'avance pour ta reponse.

Re.
Intéressante question. Je suppose que cela tient à ce qui arrive aux ondes qui arrivent sur la surface. Si l'objet est métallique et conducteur, c'est la réflexion+pertes habituelles chez les métaux. Si c'est un isolant, il y a la réflexion diélectrique (n1-n2)/(n1+n2) plus l'absorption par les molécules du diélectrique.
De plus il y a une partie purement géométrique qui dépend vers où part le rayon réfléchi. Sur une surface plane la réflexion repart à l'extérieur, mais dabs une boite ou pour une surface dépolie une partie de la réflexion retombe sur l'objet. C'est la raison pour laquelle les "corps noirs" sont faits par un "four" chauffé, avec un petit trou sur la surface qui est la partie "noire" du corps.
Si vous chauffez au rouge un tube, vous verrez que l'intérieur du tube semble plus chaud (à la couleur) que l'extérieur. L'intérieur du tube est plus "noire" que l'exterieur.
A+

[invitecd2beb0d]

Merci LPFR

Un miroir n'est pas un corps noir; c'est plutôt un "corps blanc": un corps qui n'absorbe pas de radiation et n'émet pas de radiation

Un miroir qui serai de très bonne qualité et qui donc ne rayonnerai que peut de radiation, si on le plonge dans le vide spatial, hors de toute matière et de tout rayonnement, il mèterait plus de temps à perdre sa chaleur qu'un autre objet plus absorbant ?
(En partant que le vide soit suffisament vide pour négliger la conduction, que l'endroit choisis soit suffisament eloigner de toutes étoiles pour négliger l'apport exterieur de lumière, et que les 2 objets testés ont une temperature de départ non nule)

Dit autrement, le miroir possède t'il un moyen autre que la conduction et son faible "rayonnement noir" pour échanger sa chaleur de sorte à trouver l'equilibre thermique ? (partant qu'il possède plus de chaleur que le reste du système dans lequel on le considère).

[LPFR]

Merci LPFR



Un miroir qui serai de très bonne qualité et qui donc ne rayonnerai que peut de radiation, si on le plonge dans le vide spatial, hors de toute matière et de tout rayonnement, il mèterait plus de temps à perdre sa chaleur qu'un autre objet plus absorbant ?
(En partant que le vide soit suffisament vide pour négliger la conduction, que l'endroit choisis soit suffisament eloigner de toutes étoiles pour négliger l'apport exterieur de lumière, et que les 2 objets testés ont une temperature de départ non nule)

Dit autrement, le miroir possède t'il un moyen autre que la conduction et son faible "rayonnement noir" pour échanger sa chaleur de sorte à trouver l'equilibre thermique ? (partant qu'il possède plus de chaleur que le reste du système dans lequel on le considère).

Re.
Je crois que vous avez raté ma réponse dans le post #14.
A+

[invitecd2beb0d]

Re.
Je crois que vous avez raté ma réponse dans le post #14.
A+

Oui, j'ai eu des problèmes avec mon explorateur, et tenter plusieurs fois de poster cette réponses, il y en à eu une de trop ^^ (post 12 et 19)

Merci pour vos réponses à tout les deux.

Donc si j'ai bien compris, un objet est d'autant plus apte à "donner" son énergie thermique par rayonnement électromagnétique qu'il est capable de "recevoir" cette énergie des objets qui l'entourent.

Le pouvoir émissif est proportionnel à l'absorbance ? ...

[Gilgamesh]

Oui, j'ai eu des problèmes avec mon explorateur, et tenter plusieurs fois de poster cette réponses, il y en à eu une de trop ^^ (post 12 et 19)

Merci pour vos réponses à tout les deux.

Donc si j'ai bien compris, un objet est d'autant plus apte à "donner" son énergie thermique par rayonnement électromagnétique qu'il est capable de "recevoir" cette énergie des objets qui l'entourent.

Le pouvoir émissif est proportionnel à l'absorbance ? ...

Pour un corps noir parfait oui, par définition (son émittance est maximale ainsi que son absorbance) mais pour les corps réel, dit "gris" il y a deux coefficients distincts: l'emmissivité et l'absorptivité

Avec le flux incident (en W/m²), la température d'équilibre est donnée par :



où désigne la cte de Stefan (5,67E-8 J.K^-4.m^-2.s^-1)




a+

[invitecd2beb0d]

Merci à tous de bien vouloir me répondre ^^