ABSORPTION de RAYONS à EFFET THERMIQUE

-absorption de rayons à effets thermiques

Qu'est-ce que l'absorption ?

Pour une onde qui provient d’un milieu et se propage dans le nouveau milieu qu'elle a heurté, il y a une conséquence énergétique (objet du présent §) et une conséquence géométrique sur le chemin des rayons (la réfraction : même chose qu'en Optique)

 

ABSORPTION THERMIQUE (stricto sensu)

C'est une énergie (portée par rayonnements à effet thermique et absorbée lors d'une rencontre)

Equation de dimensions  : L².M.T-2      Symbole de désignation : Et     

Unité S.I.+ : le Joule

Et = P’.t.Ω       et  Ea = P.t

avec Et(J)= énergie thermique absorbée

P’(W/sr)= intensité énergétique absorbée en un temps t(s)

P(W)= puissance (flux)

Ω(sr)= angle solide d'ambiance (4 sr si c’est l’espace entier et si le système d'unités a le stéradian comme unité d’angle)

 

ABSORPTION D’ÉNERGIE ENTHALPIQUE

C'est le terme qui remplace le terme désuet de '"chaleur latente" et qui désigne l’énergie absorbée par une transformation de type Fusion, ou Sublimation, ou Vaporisation ou Réaction chimique endothermique.

 

ABSORPTION SURFACIQUE   dont le nom d'usage est exposition thermique

C'est une absorption (ci-dessus) ramenée à une surface

Equation de dimensions  : M.T-2        Symbole de désignation : W'      

Unité S.I.+ : J/m²

Les formules sont les mêmes qu'en absorption de rayons ionisants ou lumineux

W' = p*.t   et    W' = Pa/ S.t    et      W' = Da.t.Ω

où W'i(J/m² )= exposition (thermique)

p*(lx)= flux surfacique absorbé pendant le temps t(s) sur une surface S(m²)

t(s)= temps

Da(W/m²-sr )= absorptivité (voir définition ci-après)

Ω(sr)= angle solide



flux THERMIQUE ABSORBÉ

C'est une absorption dans un temps donné (c'est donc une puissance)

Equation de dimensions  : L2.M.T-3          Symbole : Pt           l'unité S.I.+  est le Watt

Pt = El/ t     donc  Puissance(W)= énergie(J) / temps(s)



flux THERMIQUE SURFACIQUE ABSORBÉ

C'est un flux (ci-dessus) ramené à la surface concernée

Equation de dimensions  : M.T-3       Symbole de désignation : p*      

 l'unité S.I.+  est le W/m²

p* = Pl/ S        où p*(W/m²) = flux Pl absorbé par une surface S(m²)

 

flux THERMIQUE SPATIAL ABSORBÉ

Synonyme >> intensité énergétique absorbée

C'est une absorption dans un temps donné et un angle solide donné

 Equation de dimensions : L2.M.T-3.A-1       Symbole de désignation : P'       

 l'unité S.I.+ W/sr

P’l = Pl / Ω     où P'(W/sr)= intensité énergétique arrivant en un angle solide  Ω(sr)

 

flux THERMIQUE SURFACIQUE SPATIAL ABSORBÉ

Nom d'usage absorptivité

C'est une intensité (ci-dessus) surfacique

Equation de dimensions structurelles : M.T-3.A-1       Symbole : D       

Unité S.I.+: le Watt/m² -sr

D= Pl / S.Ω

avec P’(lx-m²/sr)= intensité énergétique arrivant en un angle solide Ω(sr) sur une surface S(m²)

Et aussi ΔD = dW' /  Ω.dt     ce qui signifie que la variation d'absorptivité D est

égale à (variation de l'exposition W') / (angle solide  Ω(sr) x variation de temps)

D(W/m²-sr)= absorptivité d’un corps absorbant une puissance (flux) P(W) d'un rayonnement à effets thermiques

S(m²)= surface d'absorption

Ω(sr)= angle solide dans lequel s'exerce l'absorption



COEFFICIENT D’ABSORPTIVITÉ  

C’est le coefficient (bt) marquant la déperdition de puissance après absorption

Ce coefficient d'absorption est nommé ici (pour les ondes à effet thermique) coefficient d’absorptivité bt  alors qu'il est nommé coefficient d'absorbance pour les ondes lumineuses -mais c'est la même chose : il dépend de l'angle d'incidence θ du rayon initial et de la profondeur possible d'absorption

(bt)= (Pa/ Pr) = cosθ.e-l.Jb

avec Pa et Pr(W)= puissances respectivement absorbée et totale incidente reçue par le corps

θ(rad) = angle d'arrivée des rayons par rapport à la normale du récepteur

e-l.Jb   (noté souvent baest le coefficient d’absorption

Jb(m -1)= coefficient d’atténuation est tel que J= 2f.n* / c où  f(Hz)= fréquence, n*(nombre)= indice de réfraction et c(m/s)= vitesse de la lumière dans le vide

l(m)= épaisseur du corps absorbant

Le coefficient (bt ) est variable selon les corps et selon la longueur d’onde (exemple: le plomb absorbant les rayons X)

Valeurs de b>>> corps noir (bt = 1 car toute l’énergie incidente est absorbée) //

corps blanc ou opaque (bt = 0 car il n’y a que réflexion, corps non transparent, ne laissant pas passer de rayonnement)  

pour aluminium (bt = 0,20), pour brique claire (bt = 0,30), pour calcaires et métaux clairs (bt = 0,45 à 0,50), pour marbre (bt = 0,50), pour grès (bt = 0,50 à 0,70), pour béton (bt = 0,60), pour bois de pin (bt = 0,60), pour corps ou peintures sombres (bt = 0,75 à 0,85) 

COEFFICIENT De TRANSFERT d’ENERGIE

C’est un coefficient linéique, défini par Jé = dE / E.dlé

où J(m -1)= coefficient de transfert d’énergie d’un faisceau absorbé, E(J) est l’énergie totale arrivée, dE(J) est l’énergie absorbée, et dl é l’épaisseur d’absorption 

 

POUVOIR D’ABSORPTION (OU POUVOIR ABSORBANT)   

C'est yt (coefficient sans dimension), un indice de comparaison de RAYONNEMENT envers un étalon

yt = Pa / Pi   avec Pa = RAYONNEMENT (puissance) absorbé par le matériau

et Pi = RAYONNEMENT du corps noir en conditions équivalentes

 

FORMULE DE KIRCHHOFF pour RAYONNEMENTS THERMIQUES

P* = ba.P*n

avec P*(W/m3)= RAYONNEMENT (ou puissance) d’un corps à une température donnée

P*n(W/m3)= RAYONNEMENT (ou puissance) du corps noir (à même température)

ba (nombre)= coefficient d’absorption (défini ci-dessus)

 

 

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