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Séance de cours

Nanophotonic Engineering: Dispositifs d'énergie

Dans cours

ME-469: Nano-scale heat transfer

In this course we study heat transfer (and energy conversion) from a microscopic perspective. First we focus on understanding why classical laws (i.e. Fourier Law) are what they are and what are their limits of validity. Next we discuss emerging opportunit ...

Description

Cette séance de cours couvre le transfert de chaleur à l'échelle nanométrique et la conversion d'énergie, en discutant de la densité de photons des états, de l'émission de corps noirs, de l'émissivité spectrale, des polaritons de surface, des résonateurs et des applications dans le transfert de chaleur radiatif, la thermophotovoltaïque et la photochimie.

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Enseignant·e

Giulia Tagliabue

Dr. Giulia Tagliabue is an Assistant Professor at the Institute of Mechanical Engineering (IGM). She obtained her B.S. and M.S degrees cum laude in Mechanical Engineering from the University of Udine in Italy. Concurrently she also obtained the diploma from the Scuola Normale Superiore of Udine. In 2015 she obtained her PhD in Mechanical Engineering from ETH Zurich with a thesis on nanophotonic design for light-to-heat and light-to-charge conversion devices. In 2015 Dr. Tagliabue was awarded the Early Mobility Fellowship from the Swiss National Science Foundation and moved to Caltech as a PostDoctoral fellow. In 2017, thanks to the award of an Advanced Mobility Fellowship, she prolonged her stay at Caltech. Here, in collaboration with the Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP) she investigated coupled light, heat and charge transfer processes in nanophotonic structures and low-dimensional materials for photoelectrochemical and photovoltaic sustainable energy conversion.

Source officielle

Concepts associés (32)

Rayonnement thermique

Le rayonnement thermique est un rayonnement électromagnétique généré par l'agitation thermique de particules dans la matière quel que soit l'état de celle-ci : solide, liquide ou gaz. Le spectre de ce rayonnement s'étend du domaine micro-ondes à l'ultra-violet. L'expression est également utilisée pour des phénomènes beaucoup plus énergétiques tels que rencontrés dans les plasmas, qui sont la source de rayonnement X. Ce phénomène conduit au rayonnement du corps noir lorsque l'interaction matière - rayonnement est réversible et importante.

Transfert thermique

vignette|alt=Autour d'un feu, des mains reçoivent sa chaleur par rayonnement (sur le côté), par convection (au-dessus de ses flammes) et par conduction (à travers un ustensile en métal).|Les modes de transfert thermique ( en anglais pour « rayonnement »). Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur, est l'un des modes d'échange d'énergie interne entre deux systèmes, l'autre étant le travail : c'est un transfert d'énergie thermique qui s'effectue hors de l'équilibre thermodynamique.

Refroidissement radiatif

vignette|Intensité du rayonnement thermique provenant des nuages, de l'atmosphère et de la surface de la Terre (données ERBS, avril 1985). Le refroidissement radiatif est le processus par lequel un corps perd de la chaleur par rayonnement thermique : comme décrit par la loi de Planck, tout corps émet spontanément et continuellement un rayonnement électromagnétique qui emporte une partie de son énergie thermique. vignette|Yakhtchal iranien, combinant isolation thermique, refroidissement par évaporation et refroidissement radiatif au niveau de son alimentation en eau (ici, dans la province de Yazd).

Rayonnement du corps noir

vignette|303px|Au fur et à mesure que la température diminue, le sommet de la courbe de rayonnement du corps noir se déplace à des intensités plus faibles et des longueurs d'onde plus grandes. Le diagramme de rayonnement du corps noir est comparé avec le modèle classique de Rayleigh et Jeans. vignette|303px|La couleur (chromaticité) du rayonnement du corps noir dépend de la température du corps noir. Le lieu géométrique de telles couleurs, représenté ici en espace x,y CIE XYZ, est connu sous le nom de lieu géométrique de Planck.

Passive daytime radiative cooling

Passive daytime radiative cooling (PDRC) is a renewable cooling method proposed as a solution to global warming of enhancing terrestrial heat flow to outer space through the installation of thermally-emissive surfaces on Earth that require zero energy consumption or pollution. Because all materials in nature absorb more heat during the day than at night, PDRC surfaces are designed to be high in solar reflectance (to minimize heat gain) and strong in longwave infrared (LWIR) thermal radiation heat transfer through the atmosphere's infrared window (8–13 μm) to cool temperatures during the daytime.

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Séances de cours associées (35)

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Discute de l'application des méthodes de Monte Carlo au rayonnement thermique et au transfert d'énergie dans les médias participants.

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Couvre les principes fondamentaux du transfert de chaleur avancé, en se concentrant sur les principes de transfert de chaleur radiatif et leurs applications dans les systèmes énergétiques.

Propriétés radiatives et échange de chaleur: théorie et applications

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Échange radiatif dans le transfert de chaleur: Voir les facteurs et les propriétés

Discute des principes d'échange radiatif, en se concentrant sur les facteurs de vue et leurs applications dans les calculs de transfert de chaleur.

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