“Aujourd’hui, vous avez un flash spécial”

2018/11/15 Irene Urcelay Olabarria - Irakasle atxikia Fisika Aplikatua II Sailean/EHU | Raquel Fuente Dacal - Irakasle atxikia Matematika Aplikatua Sailean/EHU | Iñigo González de Arrieta Martínez - Doktoregaia Fisika Aplikatua II Sailean/EHU | Telmo Echániz Ariceta - Irakasle atxikia Matematika Aplikatua Sailean/EHU Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Les origines du clignotement peuvent être l'émission de lumière ou la réflexion de la lumière. Analysons la luminosité et celle d'un diamant de la flamme d'une bougie que nous voyons à l'œil nu. Si une bougie est allumée dans une pièce sombre, sa flamme clignote, c'est-à-dire que la flamme émet de la lumière. Dans la même pièce, dans l'obscurité, si un diamant est introduit, cependant, il n'est pas vu, il n'émet pas de lumière. Par conséquent, quand nous voyons que le diamant clignote, nous ne voyons que la lumière qu'il reflète.

La lumière elle-même est l'onde, l'onde électromagnétique. En fonction de la longueur d'onde, il existe différents types d'ondes électromagnétiques : ondes radio, micro-ondes, infrarouges, lumière visible, ultraviolette, rayons X et rayons{. Jusqu'en 1800, on pensait que le soleil émettait seulement de la lumière visible. Puis F. W. Le savant et astronome Herschel a analysé la lumière du soleil avec un thermomètre à mercure simple et a découvert les rayons infrarouges par un prisme qui a séparé la lumière en couleurs et analysé la température de chaque couleur. Herschel a été surpris de constater que la température du thermomètre augmentait sous les rayons rouges dans une zone sans couleur. Ces rayons ont été appelés rayons infrarouges. Le soleil émet des rayons infrarouges, une lumière visible et des rayons ultraviolets.

L'œil humain n'est sensible qu'à la lumière visible, c'est-à-dire à une très petite partie du spectre électromagnétique. En particulier, le diamant de l'exemple précédent n'émet pas de lumière visible dans l'obscurité. Mais émettez-vous un autre type de lumière ?

Tout corps émet des faisceaux d'ondes électromagnétiques. Le diamant émet des rayons électromagnétiques dans cette pièce sombre (mais pas de lumière visible). Les étoiles d'Hollywood, les yeux des amoureux et toute autre personne. L'intensité de la lumière émise par les corps dépend de la température de ce corps. En général, plus la température est élevée, plus la longueur d'onde émise par les choses est faible. Les corps à température ambiante émettent des ondes de la partie infrarouge du spectre, de sorte que l'œil humain ne peut pas voir directement cette lumière. D'autre part, si les corps sont chauffés, ils sont parfois mis au rouge vif, car le rayonnement qu'ils émettent devient visible. En raison de sa relation avec la température, ce type de rayonnement est appelé rayonnement thermique. L'être humain a utilisé cette propriété sans connaître les bases physiques pour différentes applications. Par exemple, les artisans du verre réchauffent le verre et savent si le verre est à la bonne température pour être élaboré en fonction de l'intensité et de la couleur de la lumière émise. On pourrait dire la même chose des forgerons. Parmi les animaux, il y a des serpents sensibles aux rayons infrarouges, ce qui leur permet de détecter des proies en peu ou sans lumière. Si l'œil humain était sensible à la lumière infrarouge, nous le verrions dans l'obscurité que nous connaissons.

Il y a un type spécial de corps : corps noir. C'est un objet théorique ou idéal qui se caractérise par être un absorbant parfait qui permet le passage à l'intérieur de toute la radiation qui frappe sur la surface, c'est à dire, ne reflète rien, en plus d'absorber toute la radiation qui passe au volume. Ainsi, il ne transmet rien. De plus, la thermodynamique permet de démontrer que l'absorbant énergétique parfait est aussi l'émetteur parfait. Le corps noir émet plus de rayonnement que tout autre corps à la même température. S'il s'agit d'un objet théorique, on peut réaliser des approximations réelles en utilisant, par exemple, une cavité isolée. On analyse le rayonnement provenant d'un petit orifice d'une chambre isolée. Le rayonnement entrant par cet orifice reste en lui, le système l'absorbe et la lumière émise dépend de la température de la cavité. Un autre objet unique qui peut être considéré comme un corps noir est la peau humaine. L'écorce, qui se trouve à 33ºC, émet principalement des rayons infrarouges et émet en outre plus de rayonnement de longueur d'onde de 5-20 ?m que tout autre corps qui se trouve à cette température, c'est-à-dire que la longueur d'onde est pratiquement l'émetteur parfait dans cette gamme. C'est pourquoi, dans les caméras infrarouges utilisées pour la vision nocturne ou sombre, les plus grandes intensités de flash sont celles émises par les gens, ce qui permet leur identification correcte.

L'intensité maximale de rayonnement émis par le corps noir est liée à sa température. Par conséquent, la détection du rayonnement émis par le corps noir permet de calculer directement la température corporelle. Cette propriété est utilisée pour déterminer la température des étoiles ou la température des personnes sans avoir à toucher, par exemple. Mais est-il possible de connaître la température des corps qui ne sont pas des corps noirs en analysant le rayonnement qu'ils émettent? Oui, voyons comment.

La technique de radiométrie analyse l'énergie émise par les corps et transmise par des ondes électromagnétiques. Lors de la réalisation des mesures en laboratoire, le corps que nous voulons étudier est placé à la température qui nous convient et le rayonnement qu'il émet est reçu. Il recueille également un certain nombre d'ondes électromagnétiques émises par un corps noir dans le même état et est utilisé comme référence. On calcule ainsi l'émissivité des corps à une température déterminée. Une fois connue l'émissivité du corps à différentes températures, la relation entre le rayonnement et la température corporelle est directe, de sorte que, en analysant le rayonnement émis par le corps dans toutes les conditions, vous pouvez rapidement connaître la température à laquelle il se trouve. Ceci est très utile lorsqu'il n'est pas possible de mesurer la température d'un matériau en utilisant un thermomètre de contact. Par exemple, l'usure, la friction et la chaleur spécifique du matériau sont très importantes pour les machines de coupe, entre autres, et ces grandeurs dépendent de la température. Malheureusement, lorsque la machine travaille, la température ne peut pas être mesurée par contact, donc en analysant le rayonnement émis par le matériau et son émissivité on peut connaître à tout moment la température réelle du matériau. C'est la technique développée ces dernières années pour l'étude de la température corporelle: la pirométrie.

Par ailleurs, la mesure de l'émissivité est très importante pour d'autres applications scientifiques et technologiques comme la réduction ou l'augmentation des transferts de chaleur, la détection ou non des corps et le stockage d'énergie.

La chaleur peut être propagée de trois façons: par conduction, convection et rayonnement. Conduction est le transfert de chaleur entre les corps en contact. Lorsque deux corps ne sont pas en contact, le transfert de chaleur peut se produire par convection, si entre les deux corps il ya un fluide, le conducteur de la chaleur. Quand il n'y a aucun conducteur pour la propagation de la chaleur, c'est-à-dire dans le vide, le rayonnement est la seule façon de se produire le transfert de chaleur. Lorsque les deux premières formes ne sont pas dominantes, il faut bien connaître l'émissivité du corps pour savoir quels sont les transferts de chaleur. Les fours travaillant sous vide ou les matériaux utilisés pour isoler la construction en sont des exemples.

Les corps situés entre la température ambiante et les 2.000 ºC émettent principalement des rayons infrarouges. Par conséquent, des capteurs thermiques peuvent être détectés par des capteurs infrarouges. Par conséquent, si on ne souhaite pas que ces corps puissent être détectés, ils doivent être construits ou recouverts de matériaux à faible émissivité. Par exemple, des matériaux à faible émissivité sont utilisés dans les trémies de moteurs à plusieurs avions pour empêcher les capteurs infrarouges de détecter les avions.

Le contraire, c'est-à-dire vouloir utiliser des matériaux à haute émissivité. C'est le cas des réchauffeurs, car on veut que le rayonnement thermique maximal soit émis à une température donnée.

Il y a des matériaux sélectifs, c.-à-d., qui émettent le rayonnement d'une partie du spectre et non le rayonnement d'autre part. Ils sont très intéressants pour une utilisation dans les panneaux solaires. Les panneaux solaires sont utilisés pour obtenir de l'énergie électrique par le rayonnement provenant du soleil. Ce rayonnement se réfère principalement à la lumière visible du spectre, de sorte que les panneaux doivent absorber ce rayonnement. Par conséquent, ils doivent avoir une grande émissivité pour ces longueurs d'onde spéciales. En outre, les panneaux doivent stocker cette énergie aussi longtemps que possible, ce qui implique une émission minimale de rayonnement thermique, avec une émissivité très réduite pour les rayons infrarouges.

Après avoir vu tout cela, nous pouvons dire que tout clignote, que nous souffrons tous. La vérité est que l'œil humain ne peut pas voir l'ensemble du spectre de rayonnement, de sorte que nous ne sommes pas conscients de ce phénomène. En fait, pour de nombreuses applications technologiques, il est essentiel de distinguer comment est le rayonnement émis par les corps.

D'autre part, l'écorce humaine présente des caractéristiques pratiquement noires sur la longueur d'onde de 5 à 20 ?m du rayonnement qu'elle émet. À ce moment-là nous tous (presque) brillons plus que tout, plus que des étoiles, plus que des diamants... Mais tous pareil. À Hollywood, ils ne brillent plus. Il y a un facteur qui augmente l'émissivité, la rugosité. Les matériaux rugueux émettent plus de rayonnement que les lisses. Par conséquent, comme l'âge avance et la peau se froisse, au lieu de s'éteindre, nous continuons, nous sommes plus clairs.