2. Rayonnement thermique

Émetteurs gris et colorés     (1/2)

La loi de Planck sur le rayonnement décrit le rayonnement de corps noirs idéaux. Leurs degrés d'absorption α et d'émission ε sont égaux à 1. Elle s'applique également aux corps gris en considérant un degré d'émission de ε<1 comme facteur:

u f,grau =ε 8π f 2 c 3 hf exp{ hf / kT }−1
u λ,grau =ε 8πhc λ 5 hf exp{ hc / λkT }−1

Au lieu de ε, il est possible d'utiliser α puisque leurs valeurs sont identiques, conformément à la loi de Kirchhoff..

Le terme « émetteur gris » indique que le degré d'absorption sur l'ensemble de la gamme spectrale est inférieur à 1. La lumière non absorbée est réfléchie ou traverse le corps. Le corps apparaît gris par réflexion ou par transparence lors d'une illumination blanche.

Tout comme les corps noirs, les corps gris sont des idéalisations qui n'existent pas dans la réalité. Même si ε semble être presque constant dans certaines plages spectrales, cela ne représente pas la situation en général. Chaque corps présente des zones noires et d'autres grises ou blanches. Il s'agit d'émetteurs colorés. Exemples :

  • le verre est blanc dans le visible (au sens de non absorbant), mais noir dans l'ultraviolet et l'infrarouge
  • les tissus noirs sont noirs dans le visible, mais gris ou blancs dans l'infrarouge
  • le spectre de la lumière solaire présente des lignes d'absorption, les lignes de Fraunhofer
  • les traces de gaz dans l'atmosphère présentent des lignes d'absorption qui provoquent l'effet de serre
  • les décharges dans les gaz émettent des raies spectrales ; ce sont des corps noirs dans le domaine de leurs raies spectrales, puisque des radiations de même longueur d'onde sont émises et absorbées. À d'autres longueurs d'onde, ils sont blancs car ils n'émettent ni n'absorbent de rayonnement.

Équations ↓

Un objet est un émetteur gris dans un certain domaine spectral s'il n'émet pas suffisamment de rayonnement dépourvu du facteur ε. Il apparaît plus froid que la température mesurée T. La température correspondant à l'émetteur noir est la température d'émission Trad. Elle est toujours inférieure à la température thermométrique.

Ceci est valable pour l'intégrale du rayonnement sur toutes les longueurs d'onde, c'est-à-dire également pour la loi de Stephan-Boltzmann. Le rayonnement spécifique d'un corps noir devient:

M=εσ T 4 =σ T rad 4

Pour la corrélation entre la température d'émission et la température réelle, la relation mentionnée dans la section sur la loi de radiation de Kichhoff doit être prise en compte :

T rad = ε 1/4 T
Connaissant le degré d'émission ou d'absorption, il est possible de calculer la température réelle d'un objet à partir de la température d'émission mesurée à l'aide de cette équation.

De même, il est possible de convertir les températures d'émission mesurées des corps gris en températures réelles en connaissant leur degré d'émission ou d'absorption. Ceci est particulièrement important pour la correction des images de température dans lesquelles des objets gris sont représentés.