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Vous vivez dans un univers chauffé

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Le rayonnement thermique ressemble à un terme geek que vous verriez lors d’un test de physique. En fait, c'est un processus que tout le monde expérimente lorsqu'un objet dégage de la chaleur. On l'appelle aussi "transfert de chaleur" en ingénierie et "rayonnement du corps noir" en physique.

Tout dans l'univers émet de la chaleur. Certaines choses dégagent plus de chaleur que d’autres. Si un objet ou un processus dépasse le zéro absolu, il dégage de la chaleur. Etant donné que l'espace lui-même ne peut être que de 2 ou 3 degrés Kelvin (ce qui est sacrément froid!), L'appeler "rayonnement de chaleur" semble étrange, mais il s'agit d'un processus physique réel.

Mesurer la chaleur

Le rayonnement thermique peut être mesuré par des instruments très sensibles, essentiellement des thermomètres de haute technologie. La longueur d'onde spécifique du rayonnement dépendra entièrement de la température exacte de l'objet. Dans la plupart des cas, le rayonnement émis n'est pas visible (ce que nous appelons la "lumière optique"). Par exemple, un objet très chaud et énergique peut émettre de très fortes radiations dans les rayons X ou les ultraviolets, mais peut-être moins brillant en lumière visible (optique). Un objet extrêmement énergétique peut émettre des rayons gamma, que nous ne pouvons absolument pas voir, suivis par une lumière visible ou par des rayons X.

L’exemple le plus courant de transfert de chaleur dans le domaine de l’astronomie de la part des étoiles, en particulier de notre Soleil. Ils brillent et dégagent des quantités prodigieuses de chaleur. La température de surface de notre étoile centrale (environ 6 000 degrés Celsius) est responsable de la production de la lumière blanche "visible" qui atteint la Terre. (Le soleil semble jaune en raison des effets atmosphériques.) D'autres objets émettent également de la lumière et des radiations, notamment les objets du système solaire (principalement l'infrarouge), les galaxies, les régions entourant les trous noirs et les nébuleuses (nuages ​​interstellaires de gaz et de poussières).

Parmi les autres exemples courants de rayonnement thermique dans notre vie quotidienne, citons les serpentins sur une cuisinière lorsqu'ils sont chauffés, la surface chauffée d'un fer à repasser, le moteur d'une voiture et même l'émission infrarouge du corps humain.

Comment ça marche

Lorsque la matière est chauffée, de l'énergie cinétique est transmise aux particules chargées constituant la structure de cette matière. L'énergie cinétique moyenne des particules est appelée énergie thermique du système. Cette énergie thermique provoquera l'oscillation et l'accélération des particules, ce qui crée un rayonnement électromagnétique (parfois appelé lumière).

Dans certains domaines, le terme "transfert de chaleur" est utilisé pour décrire la production d'énergie électromagnétique (c'est-à-dire le rayonnement / la lumière) par le processus de chauffage. Mais il s’agit simplement d’examiner le concept de rayonnement thermique sous un angle légèrement différent et les termes réellement interchangeables.

Rayonnement thermique et systèmes à corps noir

Les objets à corps noir sont ceux qui présentent les propriétés spécifiques de absorbant chaque longueur d'onde du rayonnement électromagnétique (ce qui signifie qu'ils ne refléteraient pas la lumière d'aucune longueur d'onde, d'où le terme corps noir) et ils seront également parfaitement émettre lumière quand ils sont chauffés.

La longueur d'onde maximale spécifique de la lumière émise est déterminée à partir de la loi de Wien, qui stipule que la longueur d'onde de la lumière émise est inversement proportionnelle à la température de l'objet.

Dans les cas spécifiques d'objets de corps noir, le rayonnement thermique est la seule "source" de lumière de l'objet.

Des objets comme notre Soleil, bien qu'ils ne soient pas des émetteurs de corps noirs parfaits, présentent de telles caractéristiques. Le plasma chaud près de la surface du soleil génère le rayonnement thermique qui parvient à la Terre sous forme de chaleur et de lumière.

En astronomie, le rayonnement du corps noir aide les astronomes à comprendre les processus internes d'un objet, ainsi que son interaction avec l'environnement local. L'un des exemples les plus intéressants est celui qui ressort du fond diffus cosmologique. Il s’agit d’un relent des énergies dépensées lors du Big Bang, qui s’est déroulé il ya 13,7 milliards d’années. Cela marque le moment où le jeune univers s'est suffisamment refroidi pour que les protons et les électrons du début de la "soupe primordiale" se combinent pour former des atomes neutres d'hydrogène. Le rayonnement de ce matériau initial nous apparaît comme une "lueur" dans la région des hyperfréquences du spectre.

Edité et développé par Carolyn Collins Petersen