LZ le 17/04/2017 RESEAU DE NAMUR EXPERIENCE SIMPLE POUR ILLUSTRER LE TRANSFERT DE CHALEUR PAR RAYONNEMENT 1. Matériel 2 réflecteurs de phares de voiture (idéalement de phares « longue portée » car ils sont paraboliques). Un des deux réflecteurs doit être muni de l’ampoule adéquate (typiquement une ampoule halogène à 2 filaments 12 V, 5055 W). 1 thermomètre gradué jusque 100 °C voir plus en fonction des disponibilités. 1 alimentation (chargeur de batterie de voiture ou transformateur adéquat). Fils de connexion. Statifs, noix et pinces. Des allumettes ou de la poudre à canon (attention danger !) et une petite cuillère. 2. Montage 3. Manipulation Aligner les deux miroirs (« émetteur » et « récepteur ») et les éloigner d’un mètre environ (voir photo ci-dessus). Alimenter l’ampoule. Rechercher à l’aide d’une petite feuille de papier calque la position du foyer du miroir « récepteur ». Utiliser le thermomètre pour visualiser l’augmentation de température en le plaçant au foyer du miroir « récepteur ». Attention, la température augmente rapidement et on peut dépasser très largement les 100 °C. Page 1 LZ le 17/04/2017 RESEAU DE NAMUR Placer la tête d’une allumette au foyer du miroir « récepteur », celle-ci s’enflamme au bout de quelques secondes. Variante 1. Après avoir préalablement repéré la position du foyer du miroir « récepteur », éteindre l’ampoule et placer au foyer une petite cuillère contenant une pointe de poudre à canon. Allumer. La poudre s’enflamme instantanément. Variante 2. Après avoir préalablement repéré la position du foyer du miroir « récepteur », éteindre l’ampoule et placer au foyer une petite cuillère remplie d’eau. Allumer. L’eau s’évapore rapidement. Page 2 LZ le 17/04/2017 RESEAU DE NAMUR 4. Interprétation Le rayonnement est l’un des trois modes de transfert de la chaleur. Contrairement à la conduction et à la convection, il ne nécessite pas la présence d’un milieu matériel. La lumière est une forme d’énergie (modèle ondulatoire : énergie transportée par l’onde électromagnétique, modèle corpusculaire : énergie associée aux photons). Lorsque l’ampoule est alimentée, le filament incandescent émet de la lumière dans toutes les directions. L’ampoule est positionnée de sorte que son filament se trouve au foyer du miroir. Les rayons lumineux réfléchis par le miroir « émetteur » sont donc parallèles à l’axe optique. Ces mêmes rayons sont récupérés par le second miroir et focalisés au foyer de celuici où se trouve, par exemple, une tête d’allumette. De la chaleur est donc transférée du filament incandescent à la tête de l’allumette via les deux miroirs. Remarque : si l’ampoule utilisée possède deux filaments (feux de croisement 50 W et feux de route 55 W), l’un des deux est situé en avant du foyer et les rayons réfléchis ne sont pas parallèles à l’axe optique. C’est le principe des feux de croisement dont le but est d’éclairer la zone de la chaussée « proche » de la voiture. L’autre filament est, lui, situé au foyer du miroir et les rayons réfléchis sont rejetés à l’infini (feux de route). Laurent Zanotto Institut Saint-Joseph, Saint-Hubert FUNDP Département de physique, Namur Page 3