Température max atteinte avec une loupe

[trebor]

Bonsoir à toutes et tous,
Je ne suis pas sûr d'avoir posté dans le bon forum, car je poses 2 questions :
1.Température avec une loupe.
2.Relation avec les panneaux solaires.
Donc veuillez m'excuser et à déplacer si nécessaire.
En plein soleil et dans de bonnes conditions dans nos régions (Belgique et nord de la France) quelle température pouvons nous atteindre avec une loupe ?
Le type de loupe a sûrement de l'importance (facteur grossissant et le diamétre).
Je sais que l'on peut enflammer une feuille de papier, donc la température doit-être élevée.
Utilise t-on des loupes dans les capteurs solaires pour alimenter les chauffes eau sanitaires ?
Si oui, il faut certainement piloter continuellement l'orientation des loupes afin d'obtenir une concentration maximum des rayons sur les tubes et inversement lorsque la température maximum du liquide est atteinte.
Ces panneaux si il existent doivent probablement être trés coûteux.
Que pouvez-vous en dire, connaissez-vous de telle panneaux ?
Bonne soirée et à bientôt
-----

[invite6687cb56]

Salut,

la loupe ne fait que concentrer l'énergie en un point. Je crois qu'on utilise ce moyen pour capter l'énergie solaire, mais pas avec des loupes, plutôt avec des miroirs incurvés .
Voilà le schéma de principe (coupe d'une section)
et à quoi ça ressemble en réalité
Le Four Solaire d'Odeillo

[trebor]

Re:
Merci pour ces infos, mais pourquoi ce procédé n'est-il pas emploié à plus petite échelle pour un usage domestique ?
Le rendement est sûrement meilleur que de simple panneau solaire.
L'encombrement et le coût de l'installation est probablement un frein à la production pour un usage domestique.
Connaissez-vous la température au centre du foyer que l'on pourrait atteindre avec les miroirs incurvés ?
A+

[invitee6dbc8ad]

J'allais recommandais moi aussi une documentation sur les fours solaires, j'en avais vu un exemple à la télé, le bonhomme passait un baton de bois d'une section assez importante et le baton s'enflammait!

Bon recherche!
@pluche!

[A voir en vidéo sur Futura]

[curieuxdenature]

Bonsoir,
au niveau de la température au centre du foyer, qui est une image de la source et non un point, le maximum théorique correspond à la température de la source.

[invite6687cb56]

le maximum théorique correspond à la température de la source.

Donc 6000 K pour une image du soleil ? Il doit y avoir des pertes.

[curieuxdenature]

je n'ai pas la réference sous les yeux, mais j'ai lu 5000K espérés revus à la baisse à cause des inévitables pertes sur le trajet.

C'est logique, sinon on renverrait de l'energie vers la source.

[mtheory]

Bonsoir,
au niveau de la température au centre du foyer, qui est une image de la source et non un point, le maximum théorique correspond à la température de la source.

Tout a fait exact!Sans quoi on violerait le second principe de la thermodynamique.

[Garion]

J'ai vu fonctionner un four solaire qui faisait fondre une ardoise en quelques secondes.

C'est bien joli, mais pour une surface de loupe donnée, on ne récupère pas plus d'énergie que la même surface en capteur solaire.
Le rendement est même surement moins bon, car l'eau chauffée ainsi aurait une température supérieure et aurait donc des déperditions supérieures le temps d'être utilisée.

De plus, le coût d'une lentille de la taille d'un capteur solaire doit être totalement exorbitant.

[Garion]

J'ai retrouvé une image de l'ardoise :

http://www.four-solaire.fr/imafour/g...ardoise0gd.jpg

[invitef87b7d1f]

J'ai retrouvé une image de l'ardoise :

http://www.four-solaire.fr/imafour/g...ardoise0gd.jpg

Salut,
Joli!!!, surtout quant on sait que les ardoises, c'est à peu près de l'argile, donc des silicates d'Al qui sont très peu fusibles.
P.S. il existe aussi des concentrateurs basés sur les lentilles de Fresnel.
@+

[invite6687cb56]

au niveau de la température au centre du foyer, qui est une image de la source et non un point

oui c'est visible si l'on se sert d'une loupe pour faire brûler du bois.

C'est bien joli, mais pour une surface de loupe donnée, on ne récupère pas plus d'énergie que la même surface en capteur solaire.
Le rendement est même surement moins bon, car l'eau chauffée ainsi aurait une température supérieure et aurait donc des déperditions supérieures le temps d'être utilisée.

Mais ça permet d'obtenir de hautes températures.

[yat]

Tout a fait exact!Sans quoi on violerait le second principe de la thermodynamique.

Dit comme ça ça parait évident, mais un truc me turlupine : Si j'ai une source à une température T, dont on fait converger tous les rayons vers une zone très petite, avec un très bon rendement de sorte que que la zone éclairée atteigne une température proche de T...
J'ajoute une deuxième source à coté, toujours à la température T, et je fais converger ses rayons vers la même zone... en gros, j'ai une source deux fois plus grosse, mais qui a toujours la même température. Pourtant j'ose espérer que la zone éclairée, qui reçoit deux fois plus de lumière, sera un peu plus chaude, non ?
Enfin, je sais pas trop ou est le truc qui cloche dans mon raisonnement, mais je n'arrive pas à voir en quoi le second principe de la thermodynamique empêche que la zone éclairée soit plus chaude que la source... comme l'énergie à l'arrivée est beaucoup plus concentrée qu'au départ, je ne comprends pas en quoi c'est impossible.

[invite88ef51f0]

Salut,
Ca vient du rayonnement du corps noir. Il y a une loi qui donne la luminance (énergie par unité de surface et d'angle solide) d'un objet en fonction de sa température. Donc pour atteindre la température de la source, il faut que la source entoure tout l'objet ( stéradians).
Si tu prends une source et un objet tous les deux à une température T, ils vont avoir la même luminance. Mais si la source ne recouvre pour l'objet qu'un demi-espace, alors l'énergie perdue par l'objet sera deux fois plus grande que celle gagnée. Donc l'objet se refroidit.

[mtheory]

Dit comme ça ça parait évident, mais un truc me turlupine : Si j'ai une source à une température T, dont on fait converger tous les rayons vers une zone très petite, avec un très bon rendement de sorte que que la zone éclairée atteigne une température proche de T...
J'ajoute une deuxième source à coté, toujours à la température T, et je fais converger ses rayons vers la même zone... en gros, j'ai une source deux fois plus grosse, mais qui a toujours la même température. Pourtant j'ose espérer que la zone éclairée, qui reçoit deux fois plus de lumière, sera un peu plus chaude, non ?
Enfin, je sais pas trop ou est le truc qui cloche dans mon raisonnement, mais je n'arrive pas à voir en quoi le second principe de la thermodynamique empêche que la zone éclairée soit plus chaude que la source... comme l'énergie à l'arrivée est beaucoup plus concentrée qu'au départ, je ne comprends pas en quoi c'est impossible.

Place toi dans une cavité parfaitement réfléchissante avec une source chaude qui émet un rayonnement de corps noir ,toute la boite est finalement baignée de ce rayonnement et en équilibre avec la source .Si en focalisant le rayonnement sur un objet à l'intérieur tu pouvais le chauffer à une température supérieure à la source lui même finirais par émettre tel un corps noir mais dans ce cas la il chaufferait la source à une température supérieur etc...tu vois le problème,mouvement perpétuel et production infinie d'énergie car la densité d'énergie du rayonnement dans la boite dépend de T⁴

[invité576543]

C'est bien joli, mais pour une surface de loupe donnée, on ne récupère pas plus d'énergie que la même surface en capteur solaire.
Le rendement est même surement moins bon, car l'eau chauffée ainsi aurait une température supérieure et aurait donc des déperditions supérieures le temps d'être utilisée.

De plus, le coût d'une lentille de la taille d'un capteur solaire doit être totalement exorbitant.

Il y a des panneaux thermiques avec concentration. On n'utilise pas de loupes, ce serait effectivement trop cher, mais des demi-cylindres réflechissant dans l'axe desquels on fait le tube avec le liquide à chauffer. J'en ai vu et discuter de cela avec le spécialiste au four solaire de Mont-Louis. La quantité de lumière captée ne change pas, évidemment, mais il y a semble-t-il une amélioration du rendement en restreignant la surface chauffée: si j'ai bien compris cela limite la surface d'émission, qui rayonne et donc est une source de perte... Pour limiter la perte par convection on peut aussi mettre le tout sous vide, ce qui augmente encore les performances, ... et le prix...

Voilà un exemple sur catalogue, avec réflecteur et sous vide... http://www.schott.com/solarthermal/e...6_f_080104.pdf

Cordialement,

[invité576543]

la source (...) finirais par émettre tel un corps noir mais dans ce cas la [il] chaufferait la source à une température supérieur etc...

Bonsoir,

Si je comprends bien l'explication, la loupe passant la lumière aussi bien dans un sens que dans l'autre, la cible chaufferait la source...

Oui mais, la loupe peut être disposée de manière non symétrique. Elle concentre plus dans une direction que dans l'autre.

Seulement, comme le grossissement dépend de la distance cible/loupe et source/loupe, et que la lumière s'atténue en 1/r², la dissymétrie du grossissement est exactement compensée par la dissymétrie de la distance à parcourir, et la concentration due à l'optique est exactement la même dans les deux sens.

Est-ce correct?

Cordialement,

[mtheory]

Bonsoir,

Si je comprends bien l'explication, la loupe passant la lumière aussi bien dans un sens que dans l'autre, la cible chaufferait la source...

Oui mais, la loupe peut être disposée de manière non symétrique. Elle concentre plus dans une direction que dans l'autre.

Seulement, comme le grossissement dépend de la distance cible/loupe et source/loupe, et que la lumière s'atténue en 1/r², la dissymétrie du grossissement est exactement compensée par la dissymétrie de la distance à parcourir, et la concentration due à l'optique est exactement la même dans les deux sens.

Est-ce correct?

Cordialement,

Hum...j'ai pas l'impresion à vue de nez et même si c'était vrai ça changerai quoi ? on a toujours un corps dont la température devient plus élevée que la source et finit par faire grimper le rayonnement dans la boite à une température plus élevée que la source qui s'échauffera alors et émettra un rayonnement avec T plus élevé qu'au début etc....
Le point clé est que tout finit par être dans un rayonnement à cause des parois réfléchissantes de la boîte

[invité576543]

Hla source qui s'échauffera alors

Pourquoi la source s'échauffera dans le cas d'une loupe?

Cordialement,

[mtheory]

Pourquoi la source s'échauffera?

Cordialement,

Parce que la cible émet dans la boite un rayonnement de température plus élevé que la source au début.
Au bout d'un moment c'est l'équilibre et tout le rayonnement de la boite est celui d'un corps noir à une température plus élevé que la source qui émet elle même comme un corps noir par hypothèse.
Donc la source doit atteindre la température du rayonnement à cause du second principe et se mettre à rayonner à une température plus élevé qui avec la lentille chauffera à une température plus élevé la cible ad infinitum ....

[mtheory]

Pourquoi la source s'échauffera dans le cas d'une loupe?

Cordialement,

Pareil avec un miroir avec foyer.

[invité576543]

Parce que la cible émet dans la boite un rayonnement de température plus élevé que la source au début.
Au bout d'un moment c'est l'équilibre et tout le rayonnement de la boite est celui d'un corps noir à une température plus élevé que la source qui émet elle même comme un corps noir par hypothèse.
Donc la source doit atteindre la température du rayonnement à cause du second principe et se mettre à rayonner à une température plus élevé qui avec la lentille chauffera à une température plus élevé la cible ad infinitum ....

Note que je suis d'accord avec toi sur le cas d'une enceinte, mais le problème du grossissement avec une loupe reste. Un raisonnement insuffisant laisse penser que la situation est dissymétrique avec la source et la cible à des distances différentes de la loupe. Le grossissement linéaire étant en d1/d2, on peut penser que la différence de concentration se traduit par une différence d'énergie reçue par m², or le corps noir indique une énergie par m² qui croît avec la température. On pourrait imaginer que la concentration d'énergie par m² va augmenter la température pour arriver à l'équilibre (autant d'énergie reçue que émise, donc ne violant pas le second principe). Donc avec (T1/T2)^4 en d2/d1 ou l'inverse, pas le temps de vérifier...

Je ne suis pas sûr comment restaurer la symétrie, mais il me semble que la distance à parcourir, qui dilue la densité d'énergie par m² doit intervenir...

Cordialement,

[mtheory]

Note que je suis d'accord avec toi sur le cas d'une enceinte, mais le problème du grossissement avec une loupe reste. Un raisonnement insuffisant laisse penser que la situation est dissymétrique avec la source et la cible à des distances différentes de la loupe. Le grossissement linéaire étant en d1/d2, on peut penser que la différence de concentration se traduit par une différence d'énergie reçue par m², or le corps noir indique une énergie par m² qui croît avec la température. On pourrait imaginer que la concentration d'énergie par m² va augmenter la température pour arriver à l'équilibre (autant d'énergie reçue que émise, donc ne violant pas le second principe). Donc avec (T1/T2)^4 en d2/d1 ou l'inverse, pas le temps de vérifier...

Je ne suis pas sûr comment restaurer la symétrie, mais il me semble que la distance à parcourir, qui dilue la densité d'énergie par m² doit intervenir...

Cordialement,

Ok , pour le cas du problème de la lentille c'est effectivement autre chose et j'ai trop la flêmme d'analyser ça en détail même si c'est simple .
Donc tu peux fort bien avoir raison.
Toujours est-il que mon exemple montre qu'une lentille ne peut pas élever la température de la cible plus que celle de la source car le fait que je mette ou pas la lentille dans une enceinte ne change pas ses propriétés optiques

[invité576543]

Ok , pour le cas du problème de la lentille c'est effectivement autre chose et j'ai trop la flêmme d'analyser ça en détail même si c'est simple .
Donc tu peux fort bien avoir raison.
Toujours est-il que mon exemple montre qu'une lentille ne peut pas élever la température de la cible plus que celle de la source car le fait que je mette ou pas la lentille dans une enceinte ne change pas ses propriétés optiques

Je n'ai pas de doute sur la conclusion, ni sur le raisonnement que tu proposes qui y mène en utilisant l'enceinte complète. C'est juste que ça m'agace de ne pas trouver le résultat directement, sans passer par la multiplication de la source!

Cordialement,

[mtheory]

Je n'ai pas de doute sur la conclusion, ni sur le raisonnement que tu proposes qui y mène en utilisant l'enceinte complète. C'est juste que ça m'agace de ne pas trouver le résultat directement, sans passer par la multiplication de la source!

Cordialement,

Ok ,autant pour moi, je comprenais pas ce qui te bloquait

En fait ce raisonnement marche quelque soit le système optique ,faut juste qu'il y ait un foyer c'est pourquoi je l'ai utilisé.

[invite88ef51f0]

D'un point de vue optique, je pense qu'il faut regarder la luminance. Or la luminance se conserve dans un système optique (même avec un grandissement).

[mtheory]

D'un point de vue optique, je pense qu'il faut regarder la luminance. Or la luminance se conserve dans un système optique (même avec un grandissement).

C'est probablement ça.
Il y a un truc dessus dans le Landau 'physique statistique' où il applique le théorème de Liouville à un système arbitraire pour arriver au résultat et je crois qu'effectivement la luminance intervient.

[hterrolle]

bonjour,

tres interressant comme sujet.

est que la surface de la loupe interviens dans la tempearature atteinte ?

suface de la loupe * longuer d'onde * focal = temperatre

Je veux dire par la, que plus il y a d'onde a concentre plus la temperature devrait augmenter. Le probleme de la temperature proviens du corp qui la recois.

[invite0324077b]

si ce n'etait qu'une question d'intensité luminueuse on pourait toujours essayer de concentrer la lumiere venant de differente source sur le meme objet , et la temperature monterait autant qu'on veut

mais la lumiere est un rayonnement electromagnetique qui a une certaine frequence , ou longueur d'onde , ou temperature de couleur , ou energie en electron volt ...

la lumiere a donc une temperature maximum depandant de ce qui l'a emis

si on concentrait des rayon x on monterai a des temperatures enormes , helas les rayon x traversent tout : on ne peut faire ni lentille ni miroir !

[invite786a6ab6]

Si la concentration de lumière se fait par un système restituant l'image de la source (loupe) la température au foyer ne peut pas dépasser la température de la source (6000° pour le soleil) mais si le concentrateur ne restitue pas l'image et n'est qu'un simple "entonnoir" à lumière, cette température peut être dépassée si le concentrateur est fait d'un matériau d'indice de réfraction élevé.
Il y a un excellent article de "Pour la Science" à ce sujet" (>10ans) dont se souvient certainement LPFR