ENERGIE des RAYONNEMENTS THERMIQUES

énergie des rayonnements thermiques

Il ne sera ici question que de chaleur issue des rayonnements électromagnétiques

ayant heurté un corps et qui y voyagent ensuite, jusqu'à éventuellement en ressortir. 

Rappelons que la chaleur peut aussi être produite par d'autres sources:

--mécaniquement, grâce aux frottements

--chimiquement, grâce à des réactions (combustion....)

--électriquement, grâce à l'effet Joule

--par apports ou transferts (conduction, convection)

Dans ces cas-là, la traversée du corps est alors nommée (transfert, ou circulation, ou échange, ou mouvement) de chaleur...)

 

1..ENERGIE THERMIQUE (ou CALORIFIQUE)

Synonymes: énergie thermique rayonnante ou émission thermique

et tous autres termes similaires incluant le mot chaleur

Dimensions : L2.M.T-2        Symbole de désignation : Et     Unité S.I.+ le Joule(J)

 

-énergie émise par la volumétrie d'un corps

E = V.pv

où pv(J/m3)= énergie volumique rayonnée par un corps de volume V(m3) produisant une énergie de E Joules

 

-énergie émise par une source rayonnante

Et = Dt.S.t.Ω       et  Et = P'.Ω.t      et aussi     Et = Pt.t

Et(J)= énergie émise par une source

Dt(W/m²-sr)= exitance thermique spectrique d’une source (c'est à dire sa puissance spatiale relative à telle longueur d'onde)

S(m²)= surface d'émission de la source

t(s)= temps d'émission

P'(W/sr)= intensité émise

Ω(sr)= angle solide d'émission

Pt(W)= flux (puissance) émis pendant le temps t(s)

Nota 1: le corps noir émet le maximum d'énergie à une température donnée

Nota 2 : il est question ci-dessus d'énergie émise, mais les considérations s'appliquent identiquement aux énergies d'absorption, de réception, de réflexion et de transmission,

 

2..ÉNERGIE THERMIQUE SURFACIQUE

Synonyme: densité d'énergie

Equation aux dimensions  : M.T-2        Symbole : W't      Unité S.I.+ : J/m²)

W't = El / S

W’t(J/m²)= énergie thermique surfacique de la zone

El (lm-s) = énergie émise depuis une surface S(m²)

 

-cas de la transmission d'énergie thermique

notion identique à celles des rayons lumineux et ionisants)

W' = P.bl.t / S      ainsi que  W' = p*t .t

où W ‘(J/m²)= irradiation thermique transmise pendant le temps t(s)

P(W)= flux de rayonnements transmis

bl(nombre)= coefficient de transmission du milieu

S(m²)= section de transmission

p*t(W/m²)= flux surfacique transmis pendant le temps t(s)

 

3..DENSITE SPATIALE d'ENERGIE

Grandeur exprimant qu’une énergie est présente ou diffusée dans un angle solide

Synonymes = énergie spatiale- -énergie dynamique --radiance thermique si c'est en accompagnement d'une lumière émise en même temps

Equation aux dimensions structurelles : L².M.T-2.A-1

Symbole de grandeur : A*      Unité S.I.+ : J/sr

Nota: c’est une notion dimensionnellement similaire à celle du moment du couple de torsion MΓ (en mécanique) qui est une énergie ramenée à l’angle plan -alors qu’ici c’est une énergie présente dans une tranche d’espace (donc concernant un angle solide)

Cas général : A* =  E / Ω    et    A* = P’.t

A*(J/sr)= énergie spatiale correspondant à une énergie E(J)

Ω(sr)= angle solide dans lequel est transmise E (en général l’espace entier, soit 4p sr pour un système d’unités qui a le sr comme unité d’angle)

P’(W/sr)= intensité émise ou dissipée pendant le temps t(s)

 

4..ÉNERGIE SURFACIQUE SPATIALE (rayonnée)

C’est l'énergie surfacique, ramenée à l'angle solide

Synonyme fluence énergétique

Equation aux dimensions : M.T-2.A-1       Symbole : S’       Unité S.I.+  :W/m²-sr

S’ = W' / Ω    et   S’ = A*/ S     et aussi   S’ = φ'.E

où S’(J/m²-sr)= énergie surfacique spatiale émise en une zone d’un milieu

W’(J/m²)= énergie surfacique de la zone

Ω(sr)= angle solide d’émission

A*(J/sr)= énergie dynamique émise par une surface S(m²)

E(énergie, en Joules)  et φ' = fluence (en m-2-sr-1)

 

5..ÉNERGIE VOLUMIQUE SPATIALE (rayonnée)

C'est une énergie répartie dans un angle solide et limitée à un volume donné-

Equation aux dimensions :L-1.M.T-2.A-1        Symbole  V       

 Unité S.I.+ : J/m3-sr

 V = E / Ω.V

Ω(sr)= angle solide d’émission

E(J)= énergie

V(m3)= volume

 

6..FLUX(ou DEBIT) d'ENERGIE THERMIQUE

C'est la puissance (flux ou débit d'énergie)

Equation aux dimensions : L2.M.T-3    Symbole désignation : Pt      Unité S.I .+ = Watt (W)

-cas de la transmission (traversée dans un corps): ce flux est dit transmittivité

Pt = Et / t

avec Pl(W)= puissance (éventuellement transmittivité) = Et(J) fournie en un temps t(s)

-relation entre transmittivité et intensité    Pt = P’.Ω   avec W(sr) = angle solide

P’(W/sr)= intensité correspondante du rayonnement  

 

7..FLUX d'ENERGIE SURFACIQUE

Equation aux dimensions (celle d'une puissance surfacique)  M.T-3    

  Symbole désignation : p*tUnité S.I .+ : W/m²

-exemple du transfert de chaleur dans un mur

p*t = l*.ΔT / l

avec p*t(W/m²)= densité (superficielle) de flux calorifique

l*(W/m-K)=  conductivité 

ΔT(K)= variation de température

l(m)= épaisseur du mur

 

-exemple du transfert de chaleur dans un tube (enveloppant)

p*t = 2p.l*.ΔT / l.log(lri / lre)

avec l(m)= longueur du tube

lri et lre(m)= rayons intérieur et extérieur du tube

 

-dans le cas d'une transmission, cette puissance surfacique est dite irradiance

  

8..FLUX d'ENERGIE SURFACIQUE et SPATIAL

C'est une puissance surfacique spatiale

Dimension M.T-3.A-1       Symbole D      Unité le W/m²-sr

Dans le cas d'une transmission, cette grandeur est dite Transmissivitéqui est la fluence de la Transmittivité, vue ci-dessus

-le coefficient de transmissivité (ou de transmission) est

yt = rapport entre puissance transmise et puissance incidente

 

9..RENDEMENT ENERGETIQUE (dit POUVOIR IRRADIANT)

c'est le rapport entre le flux d’énergie P reçu et le flux total transféré (P0 )

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