Puissance thermique d'une lampe

[invite2313209787891133]

Le problème avec certains sur ce site, est que lorsqu'on n'est pas d'accord avec eux, on se fait insulter, et nos arguments sont nuls, ou tirés de sources non agréées ‼ J'en resterai donc là concernant cette discussion.

Sans compter ceux qui vont soutenir un truc mordicus sans maitriser le sujet, jusqu'au moment où ils ne peuvent vraiment plus soutenir leur version (et à ce moment ils deviennent étrangement silencieux...)

J'ai déjà précisé, et je m'y tiens : c'est mon point de vue : une LED n'est pas un générateur thermique. Et partant, la lumière visible dans le cas général, est plus qu'un rayonnement thermique.

Tu l'as précisé, c'est bien, mais tu ne l'as jamais démontré, et tu as toujours pris soin d'éluder mes arguments.
-----

[calculair]

bonjour

Citation:
J'ai déjà précisé, et je m'y tiens : c'est mon point de vue : une LED n'est pas un générateur thermique. Et partant, la lumière visible dans le cas général, est plus qu'un rayonnement thermique


Qye deviennent d'aprés toi les photons des LED ?

[phuphus]

Bonjour à tous,

les arguments de chacun ont déjà tous été donnés, plusieurs fois même. Il a été demandé assez tôt dans la discussion quel était le cadre de la question originale, mais apparemment ST62 est, lui, satisfait des réponses données puisqu'il n'est pas intervenu depuis

Je vous propose à tous une petite expérience imaginaire...

Prenez une source de photons, émettant entre 500 et 5000 nm, cette source étant considérée comme "idéale". J'entends par idéale qu'elle ne peut pas être influencée par son environnement. Prenons-la de puissance 100W.

Mettez cette source dans une boîte, et distinguons 2 cas : le cas où les parois de la boîte sont parfaitement dissipantes (c'est à dire 100% d'absorption mais 0% de transmission) et la cas où ces parois sont réfléchissantes à 99% et dissipantes à 1% pour toutes les longueurs d'onde. C'est la seule et unique différence entre ces 2 boîtes ! A part cela, les parois ont la même épaisseur, la même conductivité thermique, la même capacité thermique, la même masse, etc.

Le cas 1 est appelé "boîte noire", le cas 2 est appelé "boîte blanche".

C'est une expérience qui est donc tout sauf réelle, ça permet juste de se faire un modèle mental.

Ces boîtes sont elles-mêmes placées dans un environnement thermostatique, qui a les particularités suivantes : refroidissement surfacique de la boîte par convection constante (= puissance dissipée dans l'environnement parfaitement stable par unité de surface), quelle que soit la température des parois de la boîte, et parfaite transmission de tout rayonnement : si un rayonnement traverse cet environnement, il ne fait que passer et ne se dissipe pas en chaleur.

Je pense que tout le monde ici est d'accord pour dire qu'en régime permanent, les parois des deux boîtes ont exactement la même température.

Question 1 : quelle est la différence fondamentale entre la boîte blanche et la boîte noire à l'équilibre thermique ?

Maintenant, faisons la petite manip imaginaire suivante : dans chacun des cas, une des parois de la boîte se transmute et acquiert les propriété suivantes :
- parfaite transmission de tout rayonnement
- conductivité thermique nulle

Question 2 : comment évoluent les températures des parois dans le cas boîte blanche et dans le cas boîte noire ?

Question 3 : une ampoule réelle (avec donc de la convection et du rayonnement au niveau du filament) dans une pièce réelle (ni une boîte noire ni une boîte blanche, avec des murs de couleur et des fenêtres) dans le monde réel (un ch'tit jardin, une belle soirée d'été, etc.), vous la situez où par rapport aux deux boîboîtes sus-citées ?

[phuphus]

refroidissement surfacique de la boîte par convection constante (= puissance dissipée dans l'environnement parfaitement stable par unité de surface), quelle que soit la température des parois de la boîte

Toutes mes excuses, je voulais écrire :

refroidissement surfacique de la boîte par convection constante (= puissance dissipée dans l'environnement parfaitement stable par unité de surface), à température donnée, et coefficient de convection directement proportionnel à la température des parois

Je l'ai assez mal exprimé ci-dessus. J'espère que cela ne nuira pas à la clarté du problème (hum... est-il vraiment clair pour vous ?)

[calculair]

bonjour

Ta boite noire qui ne transmet rien à l'exterieur va voir son energie interne augmentée, et donc sa temperature, et donc son rayonnement interne va changer de couleur et passer de l'nfrarouge vers le violet......


L'autre boite qui semble t il perd de l'energis vers l'exterieur va se satbiliser quand l'energie entrante = l'energie sortante

[phuphus]

Bonjour calculair,

merci beaucoup de te prêter au jeu...

Les deux boîtes évacuent vers l'extérieur, par convection et par rayonnement, et ce de la même manière à température égale. Le 0% de transmission ne concerne que le rayonnement en provenance de la source. Cette ambiguïté était normalement levée par les données suivantes : "C'est la seule et unique différence entre ces 2 boîtes ! A part cela, les parois ont la même épaisseur, la même conductivité thermique, la même capacité thermique, la même masse, etc.". Mais peut-être aurais-je dû préciser les comportements des parois du côté interne et du côté externe.

Si mon énoncé n'est pas clair, je le remanierai par la suite en fonction de vos remarques. Désolé qu'il ne soit pas parfait dès le début, l'exercice n'est pas simple.

[calculair]

Bonjour

C'est celle qui a le coefficient absortion des paroies la plus fort ( coefficient de reflexion le moins elevé R + A =1 ) qui sera la moins chaude à l'interieur, puisque c'est elle qui evacue vers l'exterieur un maximun d'energie.

Quand à l'effet subjectif pour un locataire humain des lieux, l'effet subjectif de la temperature peut être differents, puisque les paroies seront plus chaudes.

[phuphus]

C'est celle qui a le coefficient absortion des paroies la plus fort ( coefficient de reflexion le moins elevé R + A =1 ) qui sera la moins chaude à l'interieur, puisque c'est elle qui evacue vers l'exterieur un maximun d'energie.

En effet, c'est la réponse à la question 1 : la différence fondamentale entre ces deux boîtes, qui a l'équilibre auront exactement la même température de parois, est que le niveau de rayonnement à l'intérieur de la boîte noire sera beaucoup plus faible que pour la boîte blanche.

Donc : in fine, le rayonnement se transforme bien en chaleur, c'est juste qu'entre temps il sera plus intense dans la boîte blanche. La boîte blanche constitue juste un "buffer" plus grand que la boîte noire...

Donc maintenant, la question 2 : que se passe-t-il si une paroi devient transparente ?

[calculair]

En effet, c'est la réponse à la question 1 : la différence fondamentale entre ces deux boîtes, qui a l'équilibre auront exactement la même température de parois, est que le niveau de rayonnement à l'intérieur de la boîte noire sera beaucoup plus faible que pour la boîte blanche.

Donc : in fine, le rayonnement se transforme bien en chaleur, c'est juste qu'entre temps il sera plus intense dans la boîte blanche. La boîte blanche constitue juste un "buffer" plus grand que la boîte noire...

Donc maintenant, la question 2 : que se passe-t-il si une paroi devient transparente ?

Si une paroie devient transparente, le rayonnement s'echappe et donc il ne contribue plus "à l'effet de serre" à l'interieur de la boite...

La temperature interne baisse..

[phuphus]

Non seulement le niveau de rayonnement interne (que l'on pourra se permettre de confondre avec une température si jamais on met un corps à l'intérieur de cette boîte) baisse, mais la température des parois baisse aussi.

En effet, dans le cas de la boîte blanche, nous n'avions une température de paroi égale à la boîte noire uniquement parce que les 99% de rayonnement réfléchis à la première réflexion étaient ensuite réfléchis une deuxième fois, puis une troisième, puis une quatrième, etc. avec à chaque fois 1% de conversion en chaleur.

Dès qu'une paroi devient transparente, il n'y plus qu'un nombre limité de réflexions possible avant que le rayonnement ne s'échappe de la boîte, et donc il ne sera pas possible de transformer 100% du rayonnement provenant de la source en chaleur.

Pour la boîte noire, la question ne se pose pas puisque dès la première rencontre avec une paroi 100% du rayonnement est transformé en chaleur.

Donc pour la question 2 : la température des parois de la boîte noire ne change pas, la température des parois de la boîte blanche baisse jusqu'à un nouvel équilibre. Le tout à source de photons égale.

Question 3 : et une ampoule dans une pièce réelle, ça se situe où entre boîte noire et boîte blanche ?

[invite2313209787891133]

Pas besoin de chercher des expériences de pensée alambiquées; si on place sa main à proximité d'une source d'IR (un radiateur) on sent la chaleur. Si on place sa main à proximité d'une source de lumière visible pure (un projecteur de diapo) on sent la chaleur.
Rien ne distingue ces 2 sources; la frontière entre l'IR et le visible est arbitraire.

[phuphus]

Bonsoir Dudulle,

je ne parle à aucun moment de distinction entre IR et lumière visible. L'ai-je faite dans mon expérience imaginaire ? Je parle juste de réflexion (et pourquoi pas de diffusion), de transmission et de dissipation. Pour tenir compte du réel pouvoir chauffant d'une ampoule dans une pièce domestique, nous n'avons pas d'autre choix que d'introduire ces coefficients, qui sont fonction pour une surface donnée de la longueur d'onde. Dans le cas de matériaux domestiques réels (peintures, papiers peints, etc.), la réflexion / diffusion est plutôt active dans le visible, il me semble.

Pour continuer sur ton exemple de la main, à puissance de source égale et à distance similaire, à ton avis on ressent une chaleur plus intense dans le cas d'une source IR ou dans le cas d'une source visible ?

Je ne rentrerai pas dans le débat de ce ressenti de chaleur, ce serait me focaliser sur un aspect annexe de ton discours pour rien. Je ne connais que trop bien les biais de perception. Exemple simple : selon ta main, qu'est-ce qui est le plus froid ? Un objet en métal ou un objet en bois laissés à température ambiante dans une pièce à 20°C ? Peut-on en conclure quoi que ce soit sur la température des deux objets en question ? Bien sûr que non, puisque c'est la conductivité thermique qui joue, et que le sensation de chaud / froid est principalement liée à la température de surface de la peau.

Donc si mon exemple de boîte était selon toi mal choisi, toute mes excuses, tu as lu ma prose pour pas grand chose. Je peux néanmoins en prendre un autre : si rien ne distingue une source d'IR et une source visible et que tout rayonnement finit en chaleur, pourquoi mon tee-shirt noir me brûle-t-il les épaules en été et pas mon tee-shirt blanc ?

Pour la même raison qu'une ampoule de 40W, dans une pièce qui n'est pas hermétique à tout rayonnement, ne peut pas être considérée comme une source de chaleur de 40W par les personnes présentes.

Mais que les choses soient claires : je suis parfaitement d'accord avec toi que tout rayonnement finit tôt ou tard en chaleur (quoique, il n'est pas interdit d'imaginer un photon lâché dans l'espace et ne rencontrant jamais aucune matière), le tout était de discuter sur le "tôt" et le "tard". Avec une ampoule dans une pièce hermétique, c'est plutôt "tôt que "tard" ; dans une pièce présentant des perméabilités au rayonnement de l'ampoule, c'est, pour une partie de ce rayonnement, plutôt "tard" que "tôt". Seule la topologie complète des lieux peut nous renseigner sur cette proportion, qui dans tous les cas ne doit pas être bien lourde.

[invite2313209787891133]

Non, je ne critique en aucun cas ton explication ; je la trouve très juste et très censée.
Je voulais simplement souligner le fait que par une expérience très simple on peut montrer que la lumière visible est capable de provoquer une sensation de chaleur (et c'est bien de chaleur qu'il s'agit) au même titre qu'un rayonnement infrarouge, en dehors de toute comparaison de pouvoir chauffant, d'emissivité ou autre.

[phuphus]

Au temps pour moi, je n'avais pas correctement interprété tes propos !