🎯 Objectifs
③ Comparer expérimentalement l’émissivité de différents matériaux en utilisant une caméra thermique.
💠Problématique
La mesure de température d’une caméra thermique est-elle fiable ?
⚙️ Partie n°1 : Fonctionnement de la caméra thermique⚓
Complément : 📄 Document n°1 : Principe de fonctionnement d'une caméra thermique
Complément : 📄 Document n°2 : Domaine des ondes électromagnétiques
Questionâš“
Q1. Rappeler les 3 modes de transferts thermique et donner leur définitionQ1. Rappeler les 3 modes de transferts thermique et donner leur définition
Questionâš“
Q2. Identifier la grandeur que mesure une caméra thermique.
La caméra thermique du Lycée a pour référence Peaktech P5610B. La caméra thermique est sensible à des longueurs d’onde comprises entre 8 et 14 μm. La caméra thermique s'appelle également caméra infra-rouge.
Questionâš“
Q3. Justifier cette appellation
Complément : 📄 Document n°3 : Courbe d’étalonnage d’un radiomètre
La luminance énergétique ou radiance (en anglais radiance) est la puissance par unité de surface du rayonnement passant ou étant émis en un point d'une surface, et dans une direction donnée.
Questionâš“
Q4. Expliquer, en quelques ligne, comment la caméra détermine la température d’une surface.
🥼 Partie n°2 : Étude expérimentale⚓
Complément : 📹 🔴 L'expérience
On place sur une table :
Un morceau de bois
Un morceau de brique
Une feuille en papier
Un morceau de fer poli
Un morceau de fer dépoli
Un miroir.
Un morceau de plastique
Un morceau de tissus.
Tous les échantillons sont dans la pièce depuis suffisamment de temps pour atteindre l’équilibre thermique.
Mesurer à l’aide d’une sonde de température la température de la pièce.
Mesurer, à l’aide d’une caméra thermique positionnée de face par rapport aux objets, la température de tous les échantillons.
Effectuer des nouvelles mesures, en inclinant fortement la caméra thermique.
Questionâš“
Q5. Indiquer si les mesures vous semblent cohérentes.
Questionâš“
Q6. Justifier, en utilisant le document n°3, l’écart des 2 séries de mesures faites avec la caméra thermique.
Complément : Document n°4 : Corps noir et corps réel
La loi de Stefan-Boltzmann pour un corps noir relie la puissance surfacique \(M\) émise par le corps noir et sa température \(T\) :
Dans la pratique, la surface d’un corps réel ne se comporte pas comme celle d’un corps noir : on définit alors l’émissivité \(\varepsilon\) d’un corps quelconque comme le rapport entre le flux d’énergie radiative émis par ce corps et le flux d’énergie radiative qui serait émis par un corps noir à la même température. Pour un corps noir \(\varepsilon = 1\) et pour un corps réel \(\varepsilon < 1\).
On définit les corps gris et les corps sélectif
Les corps gris : l’émissivité \(\varepsilon\) est constante selon la longueur d’onde ;
Les corps sélectifs : l’émissivité \(\varepsilon\) dépend de la longueur d’onde.
Questionâš“
Q7. Écrire la formule de Stefan pour un corps réel.
Questionâš“
Q8. Identifier sur la schéma ci-dessous, la courbe qui correspond au corps noir, celle au corps gris et celle au corps sélectif.
Complément : 📄 Document n°5 : Valeur de l’émittance
L’émissivité dépend :
de la température, mais la variation pour un métal n’est pas dans le même sens que pour un isolant ;
de l’état de surface ;
de l’épaisseur d’un revêtement (ex : film d'huile) ;
de la longueur d’onde.
Complément :
Dans les paramètres de la caméra thermique, différentes émittances sont renseignées :
Questionâš“
Q9. Indiquer pour quels matériaux la mesure de température avec un caméra thermique peut être considérée comme :
fiable ;
non fiable.