Questions diverses de thermique

[cmole]

Bonjour à tous, je me pose plusieurs questions en rapport avec la thermique et j'ai du mal à trouver des réponses concrètes, c'est pourquoi je me tourne vers vous.

Première question : dans le cas d'un rayonnement on dit souvent qu'un objet noir absorbe plus d'énergie qu'un objet blanc, mais comment le calculer ? Je connais (brièvement) la loi de Planck mais il me semble qu'elle concerne l'émission et non l'absorption. Concrètement, si j'ai une table noire et une table blanche d'une même surface (1m² pour simplifier) soumises au rayonnement solaire (on prendra 1 000w/m² avec un rayonnement perpendiculaire aux tables) comment calculer leur élevation de température ?

Deuxième question : on connait tous l'effet de serre, mais cet effet est-il quantifiable ou seule l'expérience permet de rendre compte de l'augmentation de température (dans une serre par exemple) ?

Troisième question : j'ai commencé à m'intéresser aux tours solaires (https://fr.wikipedia.org/wiki/Tour_s...emin%C3%A9e%29) et si j'ai bien compris leur fonctionnement, elles se basent sur la récupération de l'énergie cinétique de l'air qui a été chauffé par effet de serre (d'où ma question 2 ) et pour déterminer la vitesse de ce flux d'air, on utilise l'énergie potentielle de convection disponible. Seulement j'ai des bases assez fébriles en thermodynamique et je dois dire que je ne comprends pas du tout comment appliquer la formule proposée par wikipedia. Quelqu'un pourrait-il m'éclairer ?

Merci d'avance à ceux qui prendront le temps de m'éclaire.
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[RomVi]

Bonjour

1-Une table noire absorbe une plus grande partie du rayonnement, puisque celui ci n'est pas renvoyé. Très grossièrement on pourrait dire qu'une table reflète environ 40% de la lumière du soleil, tandis qu'une table noire reflétera 20%.
2-Il est possible de calculer l’élévation de température, mais le problème demande certaines connaissances en thermique.
3-Je ne vois pas beaucoup de formules sur la page en question, à quoi fais tu référence ?

[cmole]

Bonjour, merci pour votre aide !

1-Une table noire absorbe une plus grande partie du rayonnement, puisque celui ci n'est pas renvoyé. Très grossièrement on pourrait dire qu'une table reflète environ 40% de la lumière du soleil, tandis qu'une table noire reflétera 20%.

J'arrive à le comprendre, mais est-ce qu'il y a une formule qui permet de rendre compte de ce phénomène justement ? Car l'expliquer "avec les mains" c'est bien, mais avec des principes physiques et des formules, c'est mieux !

2-Il est possible de calculer l’élévation de température, mais le problème demande certaines connaissances en thermique.

Je possède quelques notions de thermique et j'ai même traité quelques problèmes, mais pour celui-là je ne sais absolument pas comment m'y prendre.

3-Je ne vois pas beaucoup de formules sur la page en question, à quoi fais tu référence ?

Effectivement avec le bon lien c'est mieux, désolé le voici : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89...ion_disponible

Merci pour votre aide !

[RomVi]

En réalité on ne peut pas l'expliquer avec des formules, car la conséquence est inversée : La table apparaît comme noire car une grande partie du spectre lumineux est absorbé par la table.
En ce qui concerne le principe physique à l'origine de l'absorption je peux développer, mais ça s'écarte un peu du sujet évoqué (qui relève de la thermique).

Pour calculer la température de la serre à l'équilibre il faut déterminer la puissance solaire reçue par le sol de la serre (une petite partie est reflétée sur la bâche ou le verre ; environ 10% si la serre est bien transparente).
Cette puissance va réchauffer le sol, qui va à son tour réchauffer l'air. La température de l'air va s’élever progressivement jusqu'à obtenir un équilibre thermique : Les pertes à travers la couverture de la serre équilibrent la puissance communiquée à l'air.
Pour être tout a fait rigoureux une partie de la puissance solaire va chauffer le sous sol, et une autre va se refléter sur le sol et repartir vers le ciel(sans quoi on ne pourrait pas voir l'intérieur).
A la louche environ 50% de la puissance solaire vient réchauffer l'air, mais bien évidement c'est une moyenne pratique. Si la serre est remplie de miroirs dirigés vers le ciel elle se réchauffera beaucoup moins que si le sol est tapissé de charbon.

[A voir en vidéo sur Futura]

[cmole]

En réalité on ne peut pas l'expliquer avec des formules, car la conséquence est inversée : La table apparaît comme noire car une grande partie du spectre lumineux est absorbé par la table.
En ce qui concerne le principe physique à l'origine de l'absorption je peux développer, mais ça s'écarte un peu du sujet évoqué (qui relève de la thermique).

C'est vrai que j'avais pris le problème dans le mauvais sens, c'est beaucoup plus clair merci !

Pour calculer la température de la serre à l'équilibre il faut déterminer la puissance solaire reçue par le sol de la serre (une petite partie est reflétée sur la bâche ou le verre ; environ 10% si la serre est bien transparente).
Cette puissance va réchauffer le sol, qui va à son tour réchauffer l'air. La température de l'air va s’élever progressivement jusqu'à obtenir un équilibre thermique : Les pertes à travers la couverture de la serre équilibrent la puissance communiquée à l'air.
Pour être tout a fait rigoureux une partie de la puissance solaire va chauffer le sous sol, et une autre va se refléter sur le sol et repartir vers le ciel(sans quoi on ne pourrait pas voir l'intérieur).
A la louche environ 50% de la puissance solaire vient réchauffer l'air, mais bien évidement c'est une moyenne pratique. Si la serre est remplie de miroirs dirigés vers le ciel elle se réchauffera beaucoup moins que si le sol est tapissé de charbon.

Je crois que j'ai compris ce qui me bloquait avec la serre : le rayonnement thermique n'est pas bloqué par la serre elle même (à la louche, même s'il y a des phénomènes de réflexion) alors que les autres échanges thermiques dans la serre le sont en partie. On a a alors ce rayonnement qui réchauffe le sol, l'air est réchauffé par convection qui transmet à son tour une partie de son énergie aux vitres de la serre (toujours par convection), le flux transite dans le verre par conduction puis dans l'air à l'extérieur de la serre par convection. La chaleur dans la serre est donc le résultat de tous ces échanges une fois l'équilibre thermique atteint, c'est bien ça ?

Merci pour votre aide !

[RomVi]

Oui, le phénomène est correctement résumé.

[cmole]

Oui, le phénomène est correctement résumé.

Super, 2 réponses sur 3 du coup !

Est-ce que vous auriez une explication pour l'énergie potentielle de convection disponible et la façon de la calculer ?

[RomVi]

Le lien me semble pourtant assez clair. Lorsqu'on l'on chauffe une masse d'air on diminue sa masse volumique (l'air se dilate); on peut donc calculer une forme d’énergie potentielle.
Toutefois lorsque cette masse d'air s’élève la pression décroissant avec l’altitude, la température diminue par détente adiabatique.
Dans le cas d'une tour la détente reste néanmoins négligeable, car la variation d'altitude (et donc de pression) est faible.

[cmole]

En fait j'ai bien compris le principe physique qu'il y a derrière, mais c'est plus l'application de la formule et notamment les termes dans l'intégrale (ainsi que les bornes) que j'ai du mal à saisir/déterminer.