Pourquoi infra rouge = chaud ?

[ayavedrim]

Bonjour, je voudrais juste savoir pourquoi un corps qui émet dans l'infrarouge lointain est chaud.
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[coussin]

Pourquoi? Bah j'ai envie de dire "c'est comme ça"...
Un corps "chaud", pour nous, c'est quoi: une centaine de degrés Celsius grand maximum. Il se trouve que la loi de Planck à ces températures pique dans l'IR.
Par contre, prenez le soleil qui est autrement "chaud": lui, son rayonnement de Planck est dans le visible. Alors...

La notion de "chaud" est relative

[JPL]

Tout photon absorbé entraîne une élévation de température. Pour les appareils à chaleur rayonnante il est facile d'augmenter fortement l'émission infrarouge car ce n'est pas visible. mais si tu voulais avoir la même sensation de chaleur avec un rayonnement visible tu serais totalement ébloui (cas du soleil en effet).

[LPFR]

Bonjour, je voudrais juste savoir pourquoi un corps qui émet dans l'infrarouge lointain est chaud.

Bonjour et bienvenu au forum.
Notez que les corps qui émettent dans l’infrarouge proche ou dans le visible sont beaucoup plus chauds que ce qui n’émettent que dans l’infrarouge lointain.
Vous êtes beaucoup plus froid que le filament d’une ampoule (allumée !).
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[papillon-de-nuit]

Bonjour, je voudrais juste savoir pourquoi un corps qui émet dans l'infrarouge lointain est chaud.

La question qu'il faut se poser, c'est l'inverse : pourquoi un corps modérément chaud émet dans l'infrarouge.

Un peu plus chaud..c'est aussi dans le visible..principalement le rouge (braises, résistances de ton grille-pain..)
Encore plus chaud..dans le visible..aussi dans l'orange, le jaune, puis le blanc (toutes les longueurs d'onde du visible)
Très très chaud, (soleil) émissions d'UV de surcroît
Hyper-chaud, (gaz aspirés vers les trous noirs), émission de rayons X...etc

Exemple : La lumière visible de couleur verte émise par un Laser Argon de 10 watts (classe 4, interdit sans licence en France) "brûle" la peau par absorption d'énergie tout bêtement, et le faisceau ne contient pourtant aucun rayonnement infrarouge.

[Dynamix]

Salut
Je me suis déjà posé cette question le jour ou j' ais appris que les photons infrarouges sont moins énergétiques que les blancs , les UV etc ce qui parait contradictoire .
J' ais un début d' explication : Leur niveau d' énergie est "compatible" avec celui des électrons périphériques , et ils seraient donc facilement "capturés" alors que des photons trop énergétiques passent sans s' arrêter .

[papillon-de-nuit]

Salut
Leur niveau d' énergie est "compatible" avec celui des électrons périphériques , et ils seraient donc facilement "capturés" alors que des photons trop énergétiques passent sans s' arrêter .

Hum, il y a aussi la réflexion qui est importante dans le cas de la lumière visible.

Mais effectivement, ce qui alimente l'idée reçue de "infrarouge = chaud", c'est le fait que la plupart des corps absorbent plus facilement l'infra-rouge lointain que les autres longueurs d'ondes (en moyenne), dans le spectre quotidien.
La lumière visible est principalement réfléchie, d'ailleurs nous le "voyons"

Dans le cas de la lumière verte par exemple, que j'ai cité, une grande partie des photons sont quand même réfléchis, ce qui ne serait pas le cas avec un Laser CO2 aux alentours de 10 µm, infra-rouge lointain

[Deedee81]

Bonjour,

Un point qui n'a pas été décrit, bien que Dynamix le touche du doigt

J' ais un début d' explication : Leur niveau d' énergie est "compatible" avec celui des électrons périphériques , et ils seraient donc facilement "capturés" alors que des photons trop énergétiques passent sans s' arrêter .

Il est vrai qu'à 1000 degrés, un morceau de fer émet infiniment plus de lumière visible que 'infrarouges (qui sont malgré tout fort intenses). Pourtant c'est bien ces infrarouges qui nous frisent les poils si on approche trop la main du morceau de fer.

Donc, il est vrai qu'à température ambiante un corps émet surtout dans l'infrarouge. Raison pour laquelle on repère les sources de chaleur surtout avec des caméras infrarouge. Ce qui est une des raisons d'associer "chaleur" à "infrarouge", mais il y a une autre raison.

La raison est que les infrarouges sont particulièrement bien absorbé par certaines molécules (tout le monde connait l'effet de serre maintenant) dont les molécules d'eau, omniprésentes tant dans notre environnement que dans notre corps. Donc, à moins de se faire griller aux rayons gammas émis à un millions de degrés, c'est essentiellement les infrarouges qui nous réchauffent (par rayonnement car par convection la chaleur se propage très bien aussi).

Bien sûr, on absorbe aussi d'autres rayonnements. En particulier si on porte des vêtements sombres, c'est bien connu (c'est les vêtements qui absorbent là).

La raison de cette absorption aisée 'est comme le dit Dynamix : la bonne énergie. Les grandes longueurs d'ondes (comme les ondes radios) nous passent généralement à travers (photons trop peu énergétique), enfin tant qu'on ne s'expose pas à des microondes, absorbées aussi très bien par l'eau, et là on cuit l'intérieur. Les courtes énergies (rayons X par exemple) nous passent à travers. Mais les UV ça brule fort bien aussi mais vu les dégâts qu'ils occasionnent, la sensation de brulure n'est pas vraiment de même nature que "avoir chaud" (idem avec les micro-ondes bien que dans ce cas, contrairement aux UV, je n'ai pas expérimenté personnellement, heureusement pour ma santé ). Ces dernières réflexions montrent qu'il y a aussi un troisième facteur influençant ce rapport IF = chaleur, c'est un facteur physiologique. C'est surtout les IF qui donnent cette sensation de chaleur car ils chauffent sans faire de dégât et en surface.

Amusant comme beaucoup de chose tournent autour d'une telle association. Je ne m'étais jamais fait la réflexion (réflexion de la lumière, bien entendu )

[Lanceliogs]

Exemple : La lumière visible de couleur verte émise par un Laser Argon de 10 watts (classe 4, interdit sans licence en France) "brûle" la peau par absorption d'énergie tout bêtement, et le faisceau ne contient pourtant aucun rayonnement infrarouge.

Ce genre de laser, c'est utilisé pour la télémétrie Terre-Lune au moins ! Même si il y a des élèves d'une certaine école dont je tairai le nom qui en utilise un vieux pour faire des shows laser...

Sinon, c'est vrai que pour des objets du quotidien, et à des températures pas trop élevées, l'émission de corps noir (bon, gris...) d'un objet se fait plutôt dans l'infrarouge, mais dès que tu montes un peu (beaucoup ) en température, tu va commencer à émettre dans le visible (regarde les différentes couleurs d'une flamme d'un bec bunzen), voire au delà ! (Cf. loi de Planck, loi de déplacement de Wien...)

[papillon-de-nuit]

Ce genre de laser, c'est utilisé pour la télémétrie Terre-Lune au moins !

Certainement pas, bien que ce ne soit pas le sujet.
Pour la télémétrie Terre-Lune, c'est du YAG en impulsions ultra-courtes, et avec une puissance instantanée bien plus élevée, et l'utilisation d'un télescope en surplus, pour "élargir" le faisceau tout en améliorant sa directivité car le "retour" est considérablement affaibli ("spot" de plusieurs km sur la lune pour "arroser" les réflecteurs déposés par les missions.

Le Laser Argon de plusieurs Watts est (en tout cas était il y a encore quelques années) monnaie courante dans les discothèques.
Ils n'est pas impossible qu'ils soient remplacés par des grosses diodes aujourd'hui, moins coûteuses.
Heureusement, le "balayage" automatique (obligatoire) "étale" cette puissance de sorte que ce qui touche la foule est d'une puissance moyenne, dans le temps et par unité de surface, heureusement beaucoup plus faible.

On les utilise aussi à l'extérieur (également couplé à un "télescope") pour balayer l'atmosphère et faire la pub de la boite.

Même si il y a des élèves d'une certaine école dont je tairai le nom qui en utilise un vieux pour faire des shows laser...

C'est pas très malin, ce type de Laser est TRES dangereux ! (risques de brûlures, de cécité...).

J'ai du mal à croire ce que tu dis d'ailleurs, car le coût d'un tel Laser (achat et maintenance) est tel que même les gérants de discothèques pour la plupart les "louent".
Cela dit, si c'est un "vieux laser", le gaz et les miroirs sont probablement dans un tel état qu'il ne sort plus que quelques dizaines de milliwatts, c'est plus que souhaitable d'ailleurs !

Sinon, c'est vrai que pour des objets du quotidien, et à des températures pas trop élevées, l'émission de corps noir (bon, gris...) d'un objet se fait plutôt dans l'infrarouge, mais dès que tu montes un peu (beaucoup ) en température, tu va commencer à émettre dans le visible (regarde les différentes couleurs d'une flamme d'un bec bunzen), voire au delà ! (Cf. loi de Planck, loi de déplacement de Wien...)

Merci de me confirmer ce que j'ai dit plus haut.

[Lanceliogs]

En cherchant un peu, j'ai retrouvé une photo du laser auquel je pense :



Sur cette photo, il y a deux lasers. La boîte au deuxième étage de la structure est un laser RGB (donc trois lasers en fait, mais bon) dont j'ai oublié la puissance.
Le deuxième laser, celui qui nous intéresse, c'est l'espèce de gros machin au premier étage de la structure. C'est un laser à Argon de classe 4, de plusieurs Watts de puissance (peut-être pas 10, mais plus de 2, ça je suis sûr). L'alimentation est juste énorme (la boite en bas à droite du laser) et il est refroidit à l'eau, d'où les tuyaux qui sortent en bas à gauche de l'image.

Pour être utilisé dans le cadre de shows laser, on récupère le laser à la sortie du monstre, avec un miroir on le fait monter jusqu'au dernier étage de la structure dans une petite boîte noire qui contient un cristal acousto-optique et deux micro miroirs qui oscillent très rapidement. L'acousto optique permet de sélectionner la longueur d'onde qui sort parmi les 3 raies (une verte et deux bleues si je me souviens bien...) d'émission du laser à argon et les deux miroirs permettent de gérer l'angle de sortie du faisceau, soit sur un écran (la toile ignifugée qu'on voit à gauche) de contrôler les coordonnées X et Y du spot.

Et je sais de source sûre que ce laser a fait de la télémétrie Terre-Lune ! (Par contre, j'ai pas demandé comment ils faisaient. Hum... Je me renseigne.)

Tschüss !

[papillon-de-nuit]

En cherchant un peu, j'ai retrouvé une photo du laser auquel je pense

Ok. Merci pour cette photo.
Bon si c'est utilisé de façon professionnelle..mais mieux vaut une licence, ne serait-ce qu'en cas d'accident.
Le rendement de ces bestioles est effectivement médiocre.(0,05% en moyenne).
Pour quelques watts en sortie, c'est plusieurs kilowatts à l'entrée, et pratiquement toute la puissance part en chaleur, d'où la nécessité effectivement d'un système de refroidissement conséquent.
Ce que je trouve bizarre, c'est que ces engins ont théoriquement une durée de vie très limitée (usure rapide des capillaires car plusieurs ampères en continu), donc s'il est vieux..

Et je sais de source sûre que ce laser a fait de la télémétrie Terre-Lune !

Bizarre..
Le Laser à argon ionisé fonctionne normalement en continu et dépasse rarement la dizaine de watts...

[Lanceliogs]

Les élèves de l'école ont tous suivi des formations en sécurité laser et manipulent des bestiaux plus puissants en TP.
Sinon, je vais me renseigner. Peut-être que j'ai mal compris et qu'on me parlait d'un autre laser. J'envoie des mails sur le champ !

[ayavedrim]

Merci beaucoup pour toutes vos réponses !!

[kubik]

Il y a création de chaleurs lorsqu’un faisceau est absorbé. Si la lumière est réfléchie par une surface blanche ou passe tout outre à travers une vitre, il n’y aura pas d’échauffement, par contre, la peau absorbant facilement la lumière infrarouge ressentira un échauffement.

Les ondes radio électriques réagissent différemment avec la matière en fonction de leur longueur d’onde. Elles ne sont donc pas absorbées de façon identique. Les rayons x par exemple passent tout outre à travers des substances opaques pour la lumière visible. La suppression de tatouages au laser, elle, est problématique avec les pigments qui ne les absorbent pas, car difficile à éliminer.

Il ne faut toutefois pas parler de rayons blancs, la lumière blanche est le résultat du mélange d’une multitude de rayons coloré (les fameuses couleurs de l’arc-en-ciel) que notre cerveau perçoit comme blanc parce qu’il les contient tous.

Paradoxalement on désigne les couleurs rouges comme des couleurs chaudes et les bleues comme des couleurs froides alors qu’en astronomie, les étoiles tirant sur le rouge sont des étoiles dites froides et celles tirant sur le bleu des étoiles chaudes. A noter aussi qu’un faisceau laser bleu de 2 Watts (ne contenant pas d’infrarouge) focalisé sur un carton noir le brûle immédiatement.

Enfin, la température de couleur d’une source lumineuse est définie par l’émission lumineuse d’un corps noir que l’on chauffe. Cela part du 0° absolu (-273.15°C) pour atteindre 2800°K pour l’émission d’une lampe à incandescence d’appartement, 3200°K pour une ampoule photo standard et 5500°K pour la lumière du jour par temps ensoleillé.

[Boumako]

Il est vrai qu'à 1000 degrés, un morceau de fer émet infiniment plus de lumière visible que 'infrarouges (qui sont malgré tout fort intenses). Pourtant c'est bien ces infrarouges qui nous frisent les poils si on approche trop la main du morceau de fer.

Bonjour

Un morceau de fer porté à 1000°C rayonne surtout dans l'IR, au moins 95%

[Lanceliogs]

Yo,

Cf la loi du déplacement de Wien les gros (ou maigres, je ne vous connais pas tous) ! Le morceau de fer émet principalement autour de 3µm, un peu en dessous si je me souviens bien de mes constantes...

[Boumako]

Le pic d'émission est à 2.1µm.
Après vérification la fraction rayonnée dans le visible (en prenant une limite à 750nm) représente 0.06% de l’énergie totale.

[Lanceliogs]

J'avais fait des approximations un peu brutales, j'ai pris la constante de Wien égale à 3.10^-6 et j'ai pris 1000K pour pas me prendre la tête...

[Boumako]

Ce n'était pas un reproche, ton approximation était correcte, et elle ne change pas fondamentalement la situation.

[legyptien]

La question qu'il faut se poser, c'est l'inverse : pourquoi un corps modérément chaud émet dans l'infrarouge.

Encore plus chaud..dans le visible..aussi dans l'orange, le jaune, puis le blanc (toutes les longueurs d'onde du visible)
.

J'essaie de mettre en corrélation ce que vous dites avec les courbes de la

1) Plus la température augmente plus la courbe devient "raisonnante", autrement dit elle devient sélective en terme de longueur d'onde. Pour essayer de comprendre le rayonnement de la couleur blanche je me serai attendue à ce que la courbe "s'applatisse" dans la région de la lumière visible pour dire qu'autant de rayonnement est envoyé quelque soit la longueur d'onde dans la zone de lumière visible. Or c'est pas le cas, pourquoi ?

2) Pour le rayonnement infrarouge: on voit un aplatissement de la courbe quand la température diminue et pour les 37degrees du corps humain, on a l'impression en regardant les courbes du lien ci dessus qu'il y aura un rayonnement bcp plus "homogène". Peut être un problème d'échelle ?

[legyptien]

Bonjour

Un morceau de fer porté à 1000°C rayonne surtout dans l'IR, au moins 95%

C'est pour ça qu'on dit qu'une ampoule dissipe la majorité de sa puissance en chaleur ? Moi je dirais non car le filament qui est très chaud transmet (par convection Grace au gaz) à l'ampoule (le verre) beaucoup de chaleur et cette dernière est à son tour à l'environnement (chauffage de la pièce). Donc l'expression que j'ai cité ci-dessus vient d'une transmission de chaleur par convection et non pas du fait que 95% du rayonnement est dans l'IR , vrai ?

[Boumako]

En réalité le filament échange assez peu par convection : Le gaz est appauvri dans une ampoule, et le volume est faible donc les mouvements ont du mal à s'établir. De plus le coefficient d'échange radiatif augmente avec la température^4, tandis que la part convective est plus ou moins proportionnelle à la température. Aux températures élevées la part radiative devient donc prépondérante. Dans une ampoule elle représente plus de 99% de l’énergie échangée.
Par contre le filament d'une ampoule produit surtout des IR, et le verre absorbe dans cette plage. Celui va donc absorber le rayonnement et s'échauffer.

[legyptien]

J'ai pas compris votre explication.

La phrase "l'ampoule dissipe une majorité de son énergie en chaleur" n'a rien a voir avec le fait que 95% du rayonnement se fait dans l'infrarouge ?

[Boumako]

Le filament échange sa chaleur à hauteur d'environ 1% pour la part convective et 99% pour la part radiative.
Cette part radiative comprend environ 8% dans le visible et 92% dans l'IR.
Sur ce graphique tu peux voir la répartition de l’énergie. La part visible est à droite du segment (j'ai pris une limite à 750nm).


La part visible traverse le verre presque totalement, tandis qu'une partie (20% approximativement) du spectre IR est absorbé par le verre.
Finalement le verre réchauffé par la petite part convective et l'absorption d'une partie de la fraction radiative échange à son tour de l’énergie par rayonnement et convection (environ 60/40).