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Rayonnement et absorption: fondamentaux

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Dans cours

MSE-209: Transfer phenomena in materials science

Ce cours porte sur le transfert de la chaleur par conduction, convection et rayonnement, ainsi que sur la diffusion à l'état solide. D'après les règles phénoménologiques (Equations de Fourrier et Fick), des problèmes de solution 1-D et 2-D ainsi que modèle ...

Description

Cette séance de cours couvre les concepts fondamentaux liés au rayonnement, y compris l'émission, la loi de Kirchoff, et le facteur d'absorption. Il explique le transfert de chaleur par rayonnement, les caractéristiques des surfaces opaques noires et grises et l'échange de chaleur. La séance de cours se penche également sur l'émission d'énergie par les ondes électromagnétiques, le concept de quanta, et le contexte historique des découvertes de Planck. En outre, il examine la relation entre les coefficients d'absorption et d'émission, le comportement des corps opaques non gris et les variations des coefficients d'absorption et de réflexion pour différents matériaux.

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Corps noir

En physique, un corps noir est un objet idéal qui absorbe parfaitement toute l'énergie électromagnétique (toute la lumière quelle que soit sa longueur d'onde) qu'il reçoit. Cette absorption se traduit par une agitation thermique qui provoque l'émission d'un rayonnement thermique, dit rayonnement du corps noir. La loi de Planck décrit le spectre de ce rayonnement, qui dépend uniquement de la température de l'objet.

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.

Rayonnement électromagnétique

thumb|Répartition du rayonnement électromagnétique par longueur d'onde. Le rayonnement électromagnétique est une forme de transfert d'énergie linéaire. La lumière visible est un rayonnement électromagnétique, mais ne constitue qu'une petite tranche du large spectre électromagnétique. La propagation de ce rayonnement, d'une ou plusieurs particules, donne lieu à de nombreux phénomènes comme l'atténuation, l'absorption, la diffraction et la réfraction, le décalage vers le rouge, les interférences, les échos, les parasites électromagnétiques et les effets biologiques.

Loi du rayonnement de Kirchhoff

La loi du rayonnement de Kirchhoff relie l'absorption et l'émission d'un radiateur réel en équilibre thermique. Elle exprime qu'émission et absorption sont liées. Le physicien allemand Gustav Robert Kirchhoff formula cette loi en 1859 au cours de ses recherches sur la spectroscopie. Elle fut la première pierre de l'étude du rayonnement bien avant la théorie des quanta de Max Planck. La luminance monochromatique (unité : ) d'un corps de température est le flux rayonné par unité de surface par ce corps à la fréquence dans la direction d'angle polaire et d'azimut , par unité de fréquence et par unité d'angle solide.

Spectre d'émission

Le spectre d’émission d’une espèce chimique est l’intensité d’émission de ladite espèce à différentes longueurs d’onde quand elle retourne à des niveaux d’énergie inférieurs. Il est en général centré sur plusieurs pics. Comme le spectre d’absorption, il est caractéristique de l’espèce et peut être utilisé pour son identification. thumb|757px|center|Spectre d’émission du fer.thumb|757px|center|Spectre d’émission de l'hydrogène (série de Balmer dans le visible). Spectre électromagnétique | Raie spectrale Flu

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