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ndesprez

question de physique

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Bonjour,
Sauf erreur de ma part, un rayonnement absorbé chauffe le milieu d'absorbsion. Ma question : la quantité de chaleur ainsi produite dépend-t-elle de la longueur d'onde absorbée.
Autrement dit : un flux x de longueur d'onde y produit-il alors autant de chaleur que le même flux x mais de longueur d'onde z ?
Ne sourriez pas, ce n'est que la question d'un modeste maçon carreleur ...
Cordialement.

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Ma question manque de précision. Peut-on alors dire qu'une lentille ou un bloc de verre quelconque qui absorbe un flux à 500 nm chauffe autant que sous ce même flux à 750 mn ?
Merci quand même pour ce début de réponse.

PS un peu dur le lien pour un non scientifique : enfin si j'ai bien compris la réponse à ma question est oui. Encore merci.

[Ce message a été modifié par ndesprez (Édité le 27-09-2013).]

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Bonsoir

L'hypothèse de départ donnée par la question est l'égalité du flux à lambda 1 soit L1= 550nm et lambda 2 soit L2= 750nm; la quantité d'énergie I qui va arriver sur la première interface du bloc de verre ne dépendra donc pas de la longueur d'onde.

- Une partie de l'énergie incidente sera réfléchie par cette première interface; si l'on est rigoureux, la quantité RI d'énergie réfléchie dépend de lambda donc RI(L1) sera différent de RI(L2) bien que, en général, la variation de l'une à l'autre soit faible.
L'énergie qui pénètre dans le matériau est égale à l'énergie totale incidente moins celle réfléchie, soit I - RI(L1) pour L1 et I - RI2(L2)pour L2. Ces deux quantités sont différentes même si leur différence est faible.

Alors, le matériau est-il absolument transparent aux deux longueurs d'ondes considérées ou bien absorbe -t-il de manière différente?

L'énergie totale est conservée,
donc l'absorption A = énergie incidente I - énergie(réfléchie + transmise).

- Si la transmission du verre à 550nm est identique à celle à 750nm, alors l'absorption à L1 est différente, même si la différence est faible, de l'absorption à L2.
Si la transmission du verre à L2 diffère de celle à L1, alors là encore l'énergie absorbée à L1 diffèrera de celle à L2.

- On voit donc que, strictement parlant, les énergies absorbées dépendent de la longueur d'onde. Pour chiffrer cette dépendance, il faut disposer des propriétés optiques du verre que connait le fabricant.

En espérant ne pas avoir été trop compliqué, bonne soirée.
Pierre

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Bonjour,

quote:
Ne sourriez pas, ce n'est que la question d'un modeste maçon carreleur ...

C'est loin d'être une question bête, tu mets le doigt sur un domaine qui s'appelle l'interaction rayonnement/matière et c'est bien compliqué

Pour les rayonnements électromagnétiques de haute énergie (rayon X ou gamma) :
L'énergie absorbée dépend en effet de la longueur d'onde.
La longueur d'onde est liée à l'énergie du rayonnement.
Un rayon gamma est plus énergétique qu'un rayon X.
Il déposera donc plus d'énergie dans le milieu qu'il traverse.
Et plus le milieu est dense (métal) plus l'énergie déposée sera grande.

Pour d'autres types de rayonnement (neutrons par exemple) cela peut être beaucoup plus vicieux.

Gordini, ce que tu dis est faux.
Les neutrons de haute énergie (neutrons rapides) sont bien plus dangereux pour l'homme que les neutrons de faible énergie (neutrons lents).

lionel

[Ce message a été modifié par lionello (Édité le 29-09-2013).]

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permettez-moi de compléter les réponses en disant que l'interaction dépend de la nature du matériau irradié par le rayonnement, càdire des molécules qui contituent le matériau.
certains matériaux s'échaufferont davantage avec une longueur d'onde plus grande, pour d'autres matériaux ce sera le contraire.

[Ce message a été modifié par jlucolas (Édité le 28-09-2013).]

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Bonjour

Je reviens sur la réponse de llonello.

Il est vrai que l'énergie du photon unique est proportionnelle à sa fréquence, donc inversement proportionnelle à la longueur d'onde.
Cependant la question posée par ndesprez ne concerne pas un photon unique mais un faisceau de lumière pour lequel l'intensité à L1 est égale à celle à L2 et donc les arguments de llonello ne s'appliquent pas.

- Dans la question posée par ndesprez, l'interaction à considérer est celle de l'onde lumineuse, donc une onde électromagnétique, avec le verre. Celui-ci est décrit depuis longtemps par un modèle dans lequel c'est le champ électrique associé à l'onde qui met en mouvement les électrons du matériau. Ces électrons absorbent plus ou moins l'énergie du faisceau selon la nature de leurs liaisons avec les noyaux et ceci indépendamment de l'argument de llonello qui reste vrai mais ne s'applique pas ici.

- Il ne faut pas introduire la densité du matériau car l'absorption de la lumière visible par un matériau transparent comme le verre n'est que de très loin reliée, si elle l'est, à la densité.

- Quant à un métal, pour le visible et en épaisseur supérieure à quelques centaines de nanomètres, il devient réfléchissant. La réflectivité de l'argent dépasse 90% et pour l'aluminium, dans le visible, elle est encore plus élevée. Ce qui est réfléchi ne peut pénétrer et ne peut être absorbé, fort heureusement pour les miroirs.
En couches minces, assez pour devenir en partie transparentes, l'absorption de la lumière visible ne dépend pas de la densité du verre ou du métal considérés mais des propriétés des électrons dans le matériau.

- Je ne vois pas de cas simple dans lequel l'absorption de la lumière visible pourrait dépendre de la densité du matériau.
Bonne journée
Pierre

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mon truc à 2 balles...

Si on mesure le flux en watt/m2, un flux infra-rouge de 2 W/m2 réchauffera un corps noir autant qu'un flux UV de 2w/m2....

JPG

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quote:
Dans la question posée par ndesprez, l'interaction à considérer est celle de l'onde lumineuse, donc une onde électromagnétique, avec le verre.

Ah j'avais pas vu que ndesprez parlait de photons dans le domaine du visible, je n'avais pas vu non plus qu'il parlait de verre !
Mais l'interprétation est légitime.

Dans ma réponse je parlais des photons de haute énergie (X, gamma) => j'édite mon dernier message pour corriger les erreurs.

lionel

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Bonsoir

Pour "le truc à 2 balles" de jpg&mtl, je vais essayer d'expliquer comment je vois la chose car la réponse n'est pas simple et demande de fixer de quoi on parle.

Je suppose que les deux flux UV et IR qui transportent des quantités d'énergie égales sont des faisceaux parallèles de même section. Ils arrivent sur deux surfaces idéales et totalement absorbantes formées du même matériau; rien n'est transmis ni réfléchi, tout est absorbé et transformé en chaleur. Alors l'élévation de température est identique pour les deux lames de matériau. Remarquez qu'il ne s'agit pas ici de verre lequel est transparent et absorbe dans la masse.

Ce n'est pas aussi simple car un corps réel totalement absorbant en surface, et ce de manière indépendante de la longueur d'onde, n'existe pas à part ce que l'on appelle "corps noir", qui est une enceinte creuse ne communiquant avec l'extérieur que par un trou minuscule. Si cette enceinte est chauffée, elle rayonne par le trou de l'énergie électromagnétique dont le spectre s'étend de l'UV lointain à l'IR lointain. Inversement, si on y envoie de l'énergie, celle ci subit maintes réflexion et ne ressort pas, elle est donc considérée comme totalement absorbée.

L'ennui de la question est que, pour un corps réel, son absorption en surface n'est jamais totale et dépend du domaine de longueur d'onde. Il n'y a aucune raison pour que l'absorption dans un domaine donné de l'UV soit identique à celle dans l'IR. En conséquence, les deux flux identiques ne produiront pas les mêmes élévations de températures sur les deux lames de matériau qui absorbent en surface.

On voit donc que, selon que l'absorption est produite dans la masse du verre, plus ou moins transparent, ou bien par une surface absorbante, les raisonnements ne sont pas directement transposables et qu'il a fallu examiner en profondeur les hypothèses.

Quant à ce que disait llonello, ce qu'il disait était vrai à condition de considérer des phénomènes où le rayonnement prend l'aspect corpusculaire, alors que le domaine du visible est typiquement ondulatoire.

Désolé si cela parait pédant, mais je n'ai pas voulu me débarrasser de la question à deux balles avec trois francs six sous.

Cordialement
Pierre

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Le problème présente une double indétermination....

Pour une source donnéee (le soleil), la puissance reçue est variable pour chaque tranche de longueur d'onde (en partie du fait de l'émission variable par longueur d'onde et en partie par le filtrage de l'atmosphère dont la "transaprence" varie par longueur d'onde (en fonction de l'humidité et des autres gaz à effet de serre....

Pur un matériau donné, la puissance nette absorbée varie en fonction de la reflectance(cf albedo) variable en fonction de la longueur d'onde et de la température (reémission)...

Ainsi, on peut concevoir que certains choix seraient plus adaptés à l'altitude, d'autres au désert...etc..

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Bonjour Christian, bonjour Tous.
Arf, on se gèle ici : excusez mon retard, je profitais d'une météo bien agréable sous des cieux africains. Ce que je veux faire ...
Je ne vais pas tarder à recevoir mon optique originale (Schifspiegler)que je destine à l'obervation du Soleil essentiellement en Ha (sans filtre d'ouverture). Le premier objectif est que le secondaire n'explose pas. Les essais que j'ai menés m'ont orienté vers un Borofloat 33 lequel devrait très largement tenir. Maintenant je m'assure que le faisceau réfléchi ne sera pas néfaste pour mon Daystar : je cherche donc à minimiser les effets thermiques sans toucher aux environs du Ha. J'envisage un traitement du miroir façon miroir froid comme monsieur Dalouzy mais sans pour autant qu'il me coute un bras. Pour se faire je ne vais pas me battre pour des résidus de spectre qui de toutes manières n'ont que peu d'influance sur l'intégrité physique de la chaîne optique. Vous remarquerez qu'à aucun moment je me soucis de mon oeil : c'est un autre problème et je le traiterai en temps et en heure.
Au stade actuel de notre conversation, j'ai retenu qu'un flux absorbé par le verre à 500 nm chauffera autant que ce même flux absorbé à 600 nm. Que le matériau absorbe suivant une courbe qui lui est propre et qui dépend de la longueur d'onde. Que tout le faisceau non absorbé ne chauffe pas (ça je le savais depuis longtemps) le matériau étant alors "transparent".
Voilà, voilà. Ce sont des petits détails que l'on connait plus ou moins mais pour lesquels il est toujours préférable d'attendre une confirmation venant de personnes "autorisées" puisque je ne suis pas scientifique mais c'est bien moi qui in fine règlerai la note.
Je vous remercie tous pour votre concours.
Cordialement.
Norma

[Ce message a été modifié par ndesprez (Édité le 11-10-2013).]

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