rayonnement

But :
mesurer la puissance rayonnée par une ampoule électrique, comparer cette puissance à la
puissance électrique consommée. En déduire la température du filament de l’ampoule.
Théorie :
Le rayonnement est un mode de transfert de chaleur qui ne
fait pas intervenir de milieu intermédiaire. Par exemple,
nous sentons l'effet de la chaleur rayonnée par les corps
chauds, comme le Soleil ou des bûches enflammées dans
la cheminée. On démontre expérimentalement que la
puissance rayonnée par un corps d'aire A à la température
absolue T est donnée par
4
ATe
t
Q
P
où
428
1067,5 KmW  
, la constante de
Stefan-Boltzmann.
La quantité e, appelée facteur
d'émission, dépend de la nature de la
surface. Par exemple, e=0,1 pour une
surface métallique brillante et e=0,95
pour une surface noire matte.
Un corps émet et absorbe à la fois de
l'énergie rayonnante. Si le corps est à la
température T1, sa puissance rayonnée est
4
1
ATe
. Si le milieu environnant est à la
température T2, sa puissance rayonnée est
4
2
ATe
, de sorte que si le taux d'absorption par le
corps doit également être proportionnel à
4
2
T
. Si
21 TT 
, il n'y a pas de transfert net de
chaleur entre le corps et le milieu environnant et
0 tQ
. Il s'ensuit immédiatement que le
coefficient du terme d'absorption
4
2
T
doit également être égal à
4
2
ATe
. Par conséquent, un
bon émetteur est également un bon absorbant. Le taux net auquel la chaleur est rayonnée par
le corps est égal à
)( 4
2
4
1TTAe
t
Q
P
Méthode :
En allumant l’ampoule, le rayonnement émis est absorbé par la pastille d’aluminium. Cette
pastille s’échauffe et la quantité de chaleur qu’elle reçoit est :
TmCQ
. La puissance
h
pastille
d'aluminium
d

reçue est donc :
t
T
mC
t
Q
Preçue 
. Pour trouver cette puissance, il faut mesurer la
température de la pastille toutes les 10 secondes.
La puissance émise par l’ampoule (sa luminosité) se disperse dans toutes les directions.
reçue
P
n’est qu’une fraction de celle là.
2
2
2
4
d
h
PP reçueémise
Mesures :
Analyse :
 Il faut tracer le graphique de
)(tT
et déterminer la pente de la droite représentée. Cette
pente permettra de calculer
reçue
P
.
 Avec cette dernière information, on calcule
émise
P
que l’on compare avec l’indication
mentionnée sur la boîte de l’ampoule.
 En évaluant la surface du filament de l’ampoule, on calcule la température de celle-ci.
Compléments :
Calculer la température d’équilibre de la pastille en supposant qu’elle reçoit de l’énergie de
l’ampoule sur l’une de ses faces et qu’elle rayonne vers l’avant et vers l’arrière (on peut
négliger les côtés). La chaleur reçue est égale à la chaleur rayonnée à l’équilibre de
température.
Calculer la température du Soleil sachant que la constante solaire, sur Terre, est de
1300 W/m2 et la distance Terre-Soleil 150 millions de km..
Calculer la température théorique que devrait avoir Jupiter en tenant compte du rayonnement
solaire sur Jupiter et du rayonnement de la planète dans l’espace.
t [s]
T [°C]
0
pastille
d
.............................
h = .......................................
m = ......................................
Kkg
J
Calu 897