déterminer l'energie transmise sous forme de chaleur par une OEM traversant un volume d'eau

[linu]

Bonjour a tous,

je cherche a déterminer l'energie transmise sous forme de chaleur par une OEM traversant un volume d'eau.
voila, imaginons une OEM (Ei) traversant un volume d'eau d'une épaisseur e. En changeant de milieux une partie de l'onde va etre reflechie (Er). Si le vecteur d'onde k est perpendiculaire a la normale de la surface de mon volume d'eau alors t=2*n1/(n1+n2) (Fresnel) et donc Et = 0.86Ei.
Ensuite en utilisant les équations de maxwell dans un milieux diélectrique comme de l'eau pure (sans ions), je peux déterminer le coefficient d'absorption et savoir ce qu'il restera de l'onde quand elle aura traversée l'épaisseur e. Ensuite avec le vecteur de poynting je calcule l'energie en sortie, puis l'energie de l'onde 0.86Ei, je soustrais les deux energies et j ai l'energie absorbée par le milieux.
Est ce juste pour l'instant ?

mais l'energie absorbée est utilisée pour chauffer le milieux mais aussi pour émettre de la lumiere, donc comment je fais pour juste isoler l'energie utilisée pour augmenter la température du milieux ? (si possible sans passer par la physique quantique)

Merci d'avance pour votre aide
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[gts2]

Bonjour,

Si vous prenez juste une permittivité complexe, vous calculerez bien la perte d'énergie non rayonnée de l'onde.

[linu]

merci pour ta réponse gts2.

1) j'ai une onde avant de rencontrer mon interface de la forme E = Ei*cos(wt-kx).
2) En toute rigueur je dois deja calculer 't' (coefficient de transmission) avec la formule de Fresnel, j'ai donc ensuite E = Ei*t*cos(wt-kx). au niveau de l'interface
3) vu que j'ai une permittivité complexe, j'ai quelque chose de la forme Ei*t * exp(-k2*x)*cos(wt -k1*x). car k= racine(permittivité complexe)*w/c.
4) je calcule le vecteur de poynting de Ei*t * exp(-k2*e)*cos(wt -k1*x) et x=e qui est l épaisseur de mon volume d'eau
5) le vecteur de poynting calculer précédemment représente l'energie absorbée par le milieux
6) mais ca peut etre de l'energie sous forme thermique mais aussi EM, je ne connais pas la nature de cette énergie absorbée si ?

peux tu me dire si ces points si dessus sont bon ?

[gts2]

Bonjour,

1 OK 2 OK 3 OK 4 OK
5 Non, le vecteur de Poynting en x=e est ce qui sort en x=e
5 Non le vecteur de Poynting est une densité de puissance pas une énergie
Il faut donc faire la différence entre ce qui rentre et ce qui sort.

Pour savoir à quoi correspond cette permittivité complexe, il faut faire l'analyse physique de la cause de cette permittivité, mais je pencherai dans un cas raisonnable pour une absence de rayonnement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[linu]

donc pour calculer la densité de puisance absorbée par le milieux je dois faire P(x=0) - P(x=e) avec P qui représente le vecteur de poynting ?
Ok, je comprend mieux, on a fait en cours le PFD en utilisant le modele de l'électron élastiquement lié et on avait ajouté un frottement fluide (-f*dx/dt) qui représente l'energie rayonnée. donc si je néglige le rayonnement, je retire ce terme de frottement fluide et ma permittivité sera réel et non plus complexe. donc dans le modele de l'électron élastiquement lié, l'energie absorbée par le milieux et uniquement a cause du rayonnement et pas par effet joule. c'est ca ?

[linu]

apres réflexion, le frottement fluide dans le modele de l'électron élastiquement lié inclue le rayonnement mais aussi l'effet joule, et par consequence je ne peux pas déterminer la chaleur que transmettra mon onde via la puissance absorbée car cette puisance represente la chaleur mais aussi le rayonnement

[coussin]

Difficile de faire la part des différents processus que vous mentionnez.
Une onde EM peut être :
- Absorbée "de manière irréversible" c'est à dire que son énergie est transmise directement sous forme de chaleur au matériau. Cette énergie sera in fine ré-émise par le rayonnement du corps noir du matériau. Ici, c'est plutôt pour des matériaux solide ou liquide (pas de phonons en phase gazeuse)
- Absorbée "de manière réversible" c'est à dire que son énergie sert à exciter les différents modes présents dans le matériau : polaritons, plasmons (bulk et de surface), excitons pour des matériaux solide ou liquide, transitions rovibroniques pour des matériaux sous forme gazeuse. Cette énergie sera in fine ré-émise par émission spontanée pour un matériau sous forme gazeuse. Pour un matériau solide ou liquide, ça dépend : des plasmons de surface peuvent rayonner, des excitations polaritoniques disparaissent plutôt sous forme de chaleur...
- Diffusée sans être absorbée.

La partie imaginaire de la permittivité décrit ce qui est absorbé c'est à dire la partie de l'énergie qui était de l'énergie EM et qui a été transformée en une autre forme d'énergie. Que cette partie de l'énergie qui a été transformé en une autre forme puisse, éventuellement, être ré-émise sous forme EM n'est pas pris en compte dans la permittivité. Ce sont pleins de différents processus qui arrive "après". Bien que, évidemment, la conservation de l'énergie doit être vérifiée...
Il peut y avoir aussi des processus beaucoup plus complexe d'absorption d'énergie EM. Je pense notamment aux processus initiant des réactions chimiques tels que la photosynthèse. Ici, c'est moins clair sous quelle forme a été transformé l'énergie EM et son devenir...

[gts2]

après réflexion, le frottement fluide dans le modele de l'électron élastiquement lié inclue le rayonnement mais aussi l'effet Joule, et par conséquence je ne peux pas déterminer la chaleur que transmettra mon onde via la puissance absorbée car cette puissance représente la chaleur mais aussi le rayonnement

Le modèle de l'électron élastiquement lié ne fait pas d'hypothèses a priori sur le "frottement". On peut lier ce "frottement" au rayonnement dipolaire, c'est un cas particulier lié au phénomène de diffusion, mais il y a des tas de possibilités (voir message #7 de @coussin). C'est pour cela que je disais "il faut faire l'analyse physique de la cause de cette permittivité".
Par contre l'effet Joule n'a rien à voir ici.

[linu]

Merci pour vos réponses.
Quand gts2 tu dis : "il faut faire l'analyse physique de la cause de cette permittivité", pour moi je la fais car je calcule la permittivité avec le PFD via le modele de Lorenz. Et la permittivité est complexe ssi j ajoute un frottement fluide qui correspond au rayonnement dipolaire comme tu l'as mentionné. donc le modele de Lorenz ne permet pas a premiere vu de connaitre l'energie transmit sous force de chaleur a mon volume d'eau mais uniquement l'energie qui va etre rayonnée du a l'energie de l'onde absorbée.

comme la mentionné coussin, j'ai l'impression qu'en électromagnétisme classique, je ne peux pas connaitre la valeur de la chaleur et la valeur du rayonnement causée par l’absorption de mon onde, mais uniquement la valeur de toutes ces formes d' énergie combinées ensemble, oui ?

[gts2]

"il faut faire l'analyse physique de la cause de cette permittivité", pour moi je la fais car je calcule la permittivité avec le PFD via le modele de Lorenz.

C'est UN modèle physique possible, et dans ce cas strict de Lorentz, c'est de la diffusion d'ondes ém et cela marche pour les gaz.

[linu]

Connais tu d'autres modeles que celui de Lorenz en électromagnetisme classique ?

[Gwinver]

Bonsoir.

Le comportement de l'eau varie en fonction de la fréquence.
En dessous d'environ 1 GHz, les molécules suivent la fréquence, mais au-dessus, il y a un retard qui s'accroît avec la fréquence. C'est l'effet utilisé dans les fours micro-onde.

[linu]

a part le modele de Drude dans un conducteur ou un plasma je n'en vois aucun autre. donc j'ai l'impression qu'en électromagnétisme classique on est limité. Il y a pas grand chose pour les solides

[coussin]

comme la mentionné coussin, j'ai l'impression qu'en électromagnétisme classique, je ne peux pas connaitre la valeur de la chaleur et la valeur du rayonnement causée par l’absorption de mon onde, mais uniquement la valeur de toutes ces formes d' énergie combinées ensemble, oui ?

Je pense que oui. La partie imaginaire de l'indice donne les pertes, quelles qu'elles soient. C'est une quantité "intégrale" qui ne discrimine pas les différents processus de pertes. D'ailleurs, si je ne me trompe pas, expérimentalement c'est juste regarder de combien l'intensité initiale a chuté en fonction de l'épaisseur de matériau traversée.
Théoriquement, ça se corse Le modèle de Lorentz (c'est pareil que Drude, c'est ça ?) est très simplifié. Les calculs sophistiqués, ab initio, de permittivité sont très difficiles car il faut justement mettre dans la théorie tous les processus de pertes possibles.

[linu]

ok merci pour vos réponses ca m'a beaucoup aidé

[linu]

juste pour revenir sur ce que dit coussin :"Les calculs sophistiqués, ab initio, de permittivité sont très difficiles car il faut justement mettre dans la théorie tous les processus de pertes possibles. "
on utilise dans le modele de Lorentz une force phénoménologique, le fameux -adx/dt qui represente une force de frottement fluide. Cette force pour moi prend en compte toutes les pertes possibles et donc dans la théorie on a bien toutes les pertes possibles

[coussin]

C'est un modèle extrêmement simplifié.
Les calculs ab initio de permittivité calculent l'interaction d'un ensemble de molécules d'eau soumises à un champ électromagnétique externe. Ça n'a rien à voir avec un modèle phénoménologique de type Lorentz.

[coussin]

Je précise quand même que les électrons ne sont pas elastiquement liés, c'est un peu plus compliqué que ça