rayonnement

 LZ le 17/04/2017
RESEAU DE NAMUR
EXPERIENCE SIMPLE POUR ILLUSTRER LE
TRANSFERT DE CHALEUR PAR
RAYONNEMENT
1. Matériel
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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, 5055 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
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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.
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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.
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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
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