LE RAYONNEMENT THERMIQUE

Notes de cours

Généralités
Lois du rayonnement du corps noir (CN)
Corps non noirs (CNN)
Résistance thermique associée au rayonnement

Travail personnel

Autoévaluation (QCM)
Exercices d'application
Formulaire

LE RAYONNEMENT THERMIQUE EST UN TRANSFERT DE CHALEUR SANS LE SUPPORT DE LA MATIERE

 

 

4.1 - Généralités.

4.1.1 - Bilan énergétique relatif à un rayonnement incident.

NOTA :

4.1.2 - Grandeurs énergétiquesassociées au rayonnement.

M = dØ/dS

M en Wm-2 ; Ø en W ; S en m2 

Ml en Wm-3 et Ll en Wm-3sr-1

4.1.3 - Le corps noir (ou émetteur parfait ou radiateur intégral).



4.2 - Les lois du rayonnement du corps noir.

4.2.1. - Emittance(radiance/excitance) du CN. Loi de STEFANJoseph STEFAN (1835-1893), physicien et mathématicien austro-hongrois découvrit expérimentalement cette loi dont les fondations théoriques ont été faites par son élève Ludwig Boltmann (1844-1906).. 

MoT = s T4

4.2.2 - Emittance monochromatique du CN. Loi de PLANCK Max PLANCK (1858-1947), physicien allemand est l'un des fondateurs de la mécanique quantique..

Mo l,T = C1 l-5 / ( exp(C2/ lT) - 1 )

4.2.3 - Loi du déplacement de WIENWilhelm WIEN (1864-1928), physicien allemand fit des découvertes sur les lois du rayonnement thermique..

lm T = cste (= 3000 mm.K)

Mo l,T = C1 l-5 exp(-C2/ lT)

4.2.4 - Remarques.

  1. La quasi totalité ( 96% ) de la puissance transportée dans le rayonnement thermique (luminance) est comprise dans l'intervalle : (0,5 mm ; 5 mm).
  2. à 900 K , lm # 3 mm -->(1,5 mm ; 15 mm) ; IR.
  3. à 3 000 K , lm # 1 mm --->(0,5 mm ; 5 mm) IR ; (filament de lampe).
  4. à 6 000 K , lm # 0,5 mm -->(0,25 mm ; 2,5 mm) visible ; (soleil).
  5. puissance solaire reçue par m2 à la surface terrestre est d'environ 1 kW m-2.
  6. on donne ci dessous les valeurs du rapport R entre la luminance émise dans le visible et celle émise pour tout le spectre.

T(K)

800

1000

1600

3000

6000

R(%)

3.10-7

6.10-5

0,1

11

44



4.3 - Les corps non noirs (CNN).

On les étudie par rapport au corps noir.

4.3.1 - Emissivité.

4.3.2 - Loi de KIRCHHOFF Gustav Robert KIRCHHOFF (1824-1887), physicien allemand ayant beaucoup contribué en électrodynamique, physique du rayonnement et théorie de l'élasticité. (balance absorption/émission).

1 ) al= el avec al < 1

2) Ll,T = elLol,T

4.3.3 - Les différents corps non noirs.

4.3.4 - Complément relatif au rayonnement solaire.

4.4 -La résistance thermique associée au rayonnement.

P = S e sT3 (T - Ta)

Rrt = DT/P = 1/4SesT3