Comment se sent-on en portant des vêtements noirs par une chaude journée ou en faisant du sport ? Comparez cela à ce que l'on ressent en portant des vêtements blancs. En noir, on a vite chaud. Pourquoi ? La distance entre le soleil et la Terre est presque la même le matin qu'à midi et le soir. Alors pourquoi fait-il plus frais le matin et le soir, et plus chaud l'après-midi ? La réponse à ces questions est liée au transfert de chaleur par rayonnement.
Le transfert de chaleur par rayonnement est le transfert de chaleur sous forme d'ondes électromagnétiques. La chaleur ressentie près d'un poêle et le transfert de chaleur du Soleil vers la Terre en sont des exemples. Le Soleil a une température plus élevée (environ 6 000 kelvins) que la Terre. Cette différence de température provoque un transfert de chaleur du Soleil (température plus élevée) vers la Terre (température plus basse). Si ce transfert de chaleur nécessitait un milieu intermédiaire, comme c'est le cas pour la conduction et la convection, la chaleur n'atteindrait pas la Terre ; elle devrait traverser un vide (ou un milieu quasi vide). Sans l'apport de chaleur du Soleil, la vie sur Terre serait impossible, car elle requiert de l'énergie.
Un autre exemple de transfert de chaleur par rayonnement est la chaleur que nous ressentons près d'une flamme. Cette chaleur n'est pas due à une surchauffe de l'air par la flamme. Comme expliqué précédemment, l'air chaud se dilate, ce qui diminue sa densité. Par conséquent, l'air moins dense se déplace verticalement vers le haut, et non horizontalement vers nous. Notre corps nous paraît chaud près d'une flamme car la chaleur est transférée par rayonnement de la flamme (à température plus élevée) vers notre corps (à température plus basse).
Le transfert de chaleur par rayonnement diffère légèrement du transfert de chaleur par conduction et convection . Le transfert de chaleur par conduction et convection se produit lorsque des objets à des températures différentes entrent en contact. À l'inverse, le transfert de chaleur par rayonnement peut se produire sans contact.
formule de transfert de chaleur par rayonnement
Le taux de transfert thermique par rayonnement est proportionnel à la surface de l'objet et à la puissance quatrième de sa température absolue (en kelvins). Plus la surface est grande, plus le taux de transfert thermique est élevé. Ainsi, un objet à 2 2000 kelvins, par exemple, transfère la chaleur 4⁴ = 16 fois plus vite qu'un objet à 1000 5 kelvins. Ce résultat a été découvert par Josef Stefan en 1879 et démontré théoriquement par Ludwig Boltzmann environ cinq ans plus tard.
Description : Q = Chaleur, t = temps, A = Surface de l'objet (m²)2), T = Température absolue de l'objet (K), e = Émissivité (un nombre sans dimension dont la valeur est comprise entre 0 et 1), 5,67 x 10-8 W / m2.K4 (Constante universelle. Aussi appelée constante de Stefan-Boltzmann), Q/t = flux de chaleur par rayonnement ou flux d'énergie rayonnée
Les objets à surface sombre (noirs) ont une émissivité proche de 1, tandis que les objets clairs ont une émissivité proche de 0. Plus l'émissivité d'un objet est élevée (proche de 1), plus il émet de chaleur. Inversement, plus l'émissivité d'un objet est faible (proche de 0), moins il émet de chaleur. On peut donc dire que les objets sombres (noirs) émettent généralement plus de chaleur que les objets clairs (blancs).
L'émissivité détermine non seulement la capacité d'un objet à émettre de la chaleur, mais aussi sa capacité à absorber celle émise par d'autres objets. Les objets dont l'émissivité est proche de 1 (objets sombres) absorbent la quasi-totalité de la chaleur qu'ils reçoivent. Seule une petite partie est réfléchie. À l'inverse, les objets dont l'émissivité est proche de 0 (objets clairs) absorbent très peu de chaleur. La majeure partie de cette chaleur est réfléchie par l'objet. Les objets qui absorbent toute la chaleur qu'ils reçoivent ont une émissivité égale à 1. Ce type d'objet est appelé « corps noir ». Le terme « corps noir » ne désigne pas un objet noir, mais sa capacité à absorber toute la chaleur qu'il reçoit.
