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Le rayonnement thermique est un rayonnement électromagnétique généré par l'agitation thermique de particules dans la matière. Toute matière émet un rayonnement thermique. Le terme est souvent utilisé pour un domaine spectral allant de l'infra-rouge à l'ultraviolet bien que les mécanismes impliqués puissent générer les photons de plus faible ou plus grande énergie.
Description du phénomène
Le phénomène décrit le comportement radiatif d'un système où se produisent émission et absorption. Ce n'est qu'en considérant ces deux phénomènes complémentaires et étroitement liés que l'on peut atteindre l'équilibre thermodynamique caractérisé par le rayonnement du corps noir. Il est caractérisé par la luminance, une fonction de la fréquence (ou de tout autre variable caractérisant la position spectrale) et de la direction de propagation. Les mécanismes impliqués sont multiples et diffèrent suivant la phase du corps considéré (solide, liquide ou gaz)[réf. nécessaire]. Ainsi, et en se limitant à des milieux à basse température :
- dans le cas du gaz il s'agit de transition atomiques ou moléculaires entre deux niveaux d'énergie (émission spontanée ou induite, absorption)[1],[2],[3],[4],[5] ;
- dans le cas de solides, l'agitation des particules provoque une accélération des particules chargées qui génère une onde électromagnétique[6],[7],[8]. Le mécanisme dominant est lié aux électrons de la bande de conduction et décrit sommairement dans le modèle de Drude[réf. incomplète][9].
Si un objet émettant un rayonnement thermique est conforme aux caractéristiques physiques d'un corps noir, alors ce rayonnement est appelé rayonnement du corps noir. La loi de Planck décrit le spectre de la luminance de ce rayonnement, qui dépend uniquement de la température de l'objet. En particulier ce rayonnement est indépendant de la direction de propagation : il est isotrope. La thermodynamique montre qu'il est également indépendant de la nature de la source qui le crée. La loi du déplacement de Wien détermine la valeur maximale du spectre émis. La loi de Stefan-Boltzmann donne l'exitance (flux radiatif thermique) émise par une surface limitant un corps noir opaque.
Le rayonnement thermique est un des mécanismes principaux de transfert de chaleur.
Exemples
Parmi des exemples de rayonnement thermique, on peut citer la lumière visible et infrarouge générée par les lampes à incandescence, la lumière infrarouge émise par les animaux et visualisable par une caméra thermique, et le fond diffus cosmologique.
La lumière du Soleil constitue une partie du rayonnement thermique émis par le plasma chaud du Soleil. La Terre émet également un rayonnement thermique, de plus faible intensité et dans l'infrarouge, étant beaucoup plus froid que le Soleil. L'absorption par la Terre du rayonnement thermique solaire, de laquelle s'ensuit une émission de rayonnement thermique, sont les deux processus principaux qui détermine la température et le climat de la Terre dans la plupart des modèles climatiques.
Articles liés
Références
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Thermal radiation » (voir la liste des auteurs).
- (en) Richard M. Goody et Yuk Ling Yung, Atmospheric Radiation. Theoretical Basis, Oxford University Press, (ISBN 0-19-510291-6), « Chap. 2: Theory of Radiative Tranfer »
- (en) Dimitri Mihalas et Barbara Weibel Mihalas, Foundations of Radiation Hydrodynamics, Oxford University Press, (ISBN 0-19-503437-6, lire en ligne), « Chap. 6.2: Thermal Radiation »
- (en) Gerald C. Pomraning, The Equations of Radiation Hydrodynamics, Pergamon Press, (ISBN 0-08-016893-0), « Chap. I.3: Interaction of the Radiation Field with Matter »
- (en) Michael M. Modest, Radiative Heat Transfer, Academic Press, (ISBN 0-12-503163-7, lire en ligne), « Chap. 10: The Radiative Transfer Equation in participating Media (RTE) »
- (en) John R. Howell, R. Siegel et M. Pinar Mengüç, Thermal Radiation Heat Transfer, CRC Press, (ISBN 978-1-4398-9455-2), « Chap. 9: Absorption and Emission in Participating Media »
- Bill W. Tillery Physical Science 10th ed Mac Graw Hill, 2014. p. 180 "Blackbody radiation"
- Blackbody Radiation Penn State College of Earth and Mineral Science. « If you recall from the very beginning of this lesson, we learned that when charged particles are accelerated, they create electromagnetic radiation (light). Since some of the particles within an object are charged, any object with a temperature above absolute zero (0 K or –273 degrees Celsius) will contain moving charged particles, so it will emit light »
- Blackbody radiation University of Virginia
- (en) Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics, John Wiley & Sons, , « Chap. 12 : Free Electron Theory of Metals et Chap. 13 : Band Theory of Metals »
