Td – tp de rayonnement : pyrométrie








télécharger 43.64 Kb.
titreTd – tp de rayonnement : pyrométrie
date de publication03.07.2017
taille43.64 Kb.
typeDocumentos
l.21-bal.com > loi > Documentos
TD – TP de rayonnement : pyrométrie

CORRECTION

INSTRUMENTATION





  • Exprimez la température du filament de tungstène Tw en fonction de la fraction f transmise par le filtre neutre, de l’émissivité monochromatique du tungstène ,w(Tw) et de la température TL du corps noir lue sur le pyromètre.


Lorsque le pyromètre est réglé, la luminance émise par le filament de tungstène est égale à la fraction de la luminance émise par le C.N. qui a traversé le filtre neutre :
L(Tw) = f  L°(T)

= (f/)  M°(T)
Le Tungstène n’étant pas un C.N., on a la relation :
L(TW) = ,w(Tw)  L°(Tw)

=(,w(Tw)/)  M°(Tw)
D’où : M°(TW)  ,w(Tw)= M°(T)  f
La loi de Planck d’un corps noir s’écrit :

(1) : M°λ(T) = c1-5 / (exp(c2/λT) – 1)
donc [,w(Tw)  c1-5] / [exp(c2/λTw) – 1] = [f  c1-5] / [exp(c2/λT) – 1]

 exp(c2/λTw) = [exp(c2/λT) – 1]  [,w(Tw)/f] – 1

 …


  • Montrez que le rôle de ce fil neutre est de limiter le chauffage du filaments pour des fortes températures des échantillons à mesurer.


En l’absence de filtre, on a L°(Tw) > L°(T) et donc Tw > T



  • Montrez que, dans le domaine de température de ce TP (T ≤ 3 000K) et dans le visible (0.4 ≤ λ ≤ 0.8 μm), la luminance monochromatique du corps noir peut être approximée par (1) avec une incertitude relative inférieure à 0.005.


(1) : M°λ(T) = c1-5 / (exp(c2/λT) – 1)
403 < exp(c2/λT) < 162 754 pour 0.4 < λ < 0.8 et pour T = 3 000 K
erreur maximal : λ = 0.8 et T = 3 000 K

d’où : M°λ(T) = c1-5 / exp(c2/λT) pour la suite

ETUDES EXPERIMENTALES




1. Détermination du rendement lumineux d’une ampoule domestique à incandescence





  • Proposez une méthode utilisant le pyromètre pour connaître l’émittance totale de la source M.


L’ampoule suit la loi de Lambert :

M(TW) =   L(TW)
On connaît la température de luminance TL de l’ampoule grâce au pyromètre.

L(Tw) = L°(TL)

Donc M(Tw) = M°(TL)
 M°(Tw)  ,w(Tw) = M°(TL)
 ,w(Tw)  c1-5 / exp(c2/λTw) = c1-5 / exp(c2/λTL)

 ,w(Tw) exp(c2/λTL) = exp(c2/λTw)

 ln[,w(Tw)] + c2/λTL = c2/λTw

 λ/c2  ln[,w(Tw)] + 1/TL = 1/Tw
et enfin Tw = 1 / {(λ/c2)  ln[,w(Tw)] + 1/TL}
Le filament de la lampe est en tungstène, son émissivité pour λ = 0.65 m (filtre rouge) est donnée dans la table de Roeber et Wensel pour différentes températures. On ne connaît pas ,w(Tw) car on ne connaît pas Tw.
On commence par prendre l’émissivité spectrale du tungstène à TL , puis on calcul Tw pour cette émissivité. Si la température obtenue est différente, on prend la valeur de l’émissivité correspondant à cette température, … Après plusieurs itérations, on finit par connaître Tw.
L’émittance de l’ampoule est donc :

M (Tw) = M°(Tw)  w(Tw)

 = (Tw)4  w(Tw)



  • Que pensez vous du verre qui entoure l’ampoule ? Peut-il gêner nos mesures et pourquoi ?


Le verre peut être considérée comme un milieu transparent dans le domaine du visible, il ne gène donc pas les mesures.

  • Relevez l’émittance de la lampe pour 6 ou 7 puissances différentes.




TENSION

U

(V)






















INTENSITE

I

(A)






















PUISSANCE

P

(W)






















TEMPERATURE

TL

(K)






















TEMPERATURE

Tw

(K)






















EMITTANCE

M

(W.m-2)

























  • Tracez U=f(I), puis commentez.


La courbe U=f(I) n’est pas une droite, la résistance du tungstène varie avec sa température

U = R(Tw)  I



  • Evaluez la longueur L du fil de Tungstène dont le diamètre est de 45 microns.


On sait que la résistance peut s’exprimer en fonction de la résistivité :
R(Tw) = L/S

= 4L/(d2)
d’où L = Ud2 / (4I)



  • Déduisez-en la surface de ce fil, puis calculez le rendement pour 2 températures extrêmes, commentez.


Le filament de l’ampoule peut être assimilé à un cylindre que l’on a enroulé sur lui-même.

Sa surface est donc :
S = dL
Le rendement est donné dans l’énoncé :

total = MS / P


  • Quelle est la signification physique de ce rendement ?


Ce rendement est un rendement énergétique et ne représente pas l’efficacité de l’ampoule quant à sa fonction, qui est d’émettre un maximum de lumière dans le visible et IR.


  • Proposez une autre définition du rendement optique et calculez le pour les mêmes valeurs de température.


On peut donc définir un rendement optique dans le visible :
optique = {[z(0.8 m) – z(0.4 m)] Tw4 w(Tw)}S/P
Rm : w(Tw) correspond à l’émissivité moyenne sur toutes les longueurs d’ondes.


2. Détermination de l’émissivité monochromatique directionnelle d’un métal


  • Vérifiez expérimentalement si ce four correspond à un corps noir.


On mesure la température du four à l’aide du thermocouple et on la compare à celle lue sur le pyromètre. Si le four est un corps noirs, les deux températures doivent être égales.



  • Donnez la relation entre la température de la luminance lue sur le pyromètre TL et la température vraie TV du métal.


L(TV) = L°(TL)

(TV)  ,w(TV) = L°(TL)

(TV)  ,w(TV) = M°(TL)
 λ/c2  ln[,w(TV)] + 1/TL = 1/TV

 λ/c2  ln[,w(TV)] = 1/TV – 1/TL

 ln[,w(TV)] = (1/TV – 1/TL)  (c2/λ)

 ,w(TV) = exp[(1/TV – 1/TL)  (c2/λ)]



  • Quelle est la température T0 mesurée lors de la mesure au pyromètre du four fermé avec l’échantillon ?


T0 est la température du corps noir qui émet une luminance L°(TV), c’est donc la température vraie du métal : T0 = TV


  • Calculez l’émissivité ελ,T de la plaque en précisant la température.


Pour prendre en compte la baisse de température lors de l’ouverture du four, on prend :

TV = (T0 + T1)/2

On a bien sûr pris pour valeur de TL la température mesurée four ouvert.

similaire:

Td – tp de rayonnement : pyrométrie iconLa spéctrophotométrieuv-visible est une méthode physique non destructive,...
«transmittance» et notée T,donc on peut calculer absorbance a à partir de la relation suivante : a = log T

Td – tp de rayonnement : pyrométrie iconI. Historique A. Radioactivité et rayonnement

Td – tp de rayonnement : pyrométrie iconTransfert d’énergie par rayonnement

Td – tp de rayonnement : pyrométrie iconLes Etats-unis, une puissance économique au rayonnement mondial au xx° siècle

Td – tp de rayonnement : pyrométrie iconRechercher, extraire et organiser l’information utile
«voir» l’intérieur du corps ? D’où provient le rayonnement enregistré sur la plaque photographique ?

Td – tp de rayonnement : pyrométrie iconRemarques Auteur
«Les besoins en chauffage sont diminués et votre facture allégée. En été, l’isolation fait barrière à la chaleur et au rayonnement...

Td – tp de rayonnement : pyrométrie icon1Rappel
«simple» d’effet de serre radiatif (le modèle du giec), dans une atmosphère transparente au rayonnement solaire incident et qui se...

Td – tp de rayonnement : pyrométrie iconAnnexe courrier 038-2016
«loi maptam») a créé la Métropole du Grand Paris qui a compétence dans quatre (04) grands domaines : l’amélioration du cadre de vie,...








Tous droits réservés. Copyright © 2016
contacts
l.21-bal.com