rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300k
DESCRIPTION
Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K. Rappels théoriques Exemples de modèles Exploitation des connaissances en mesure optique. Lionel SIMON. CERN - LHC/ECR Laboratoire de Cryogénie. 10/11/1999. Travaux sur le rayonnement thermique. 1 Rappels théoriques. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/1.jpg)
Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité
entre 80 et 300K
CERN - LHC/ECR Laboratoire de CryogénieLionel SIMON 10/11/1999
• Rappels théoriques
• Exemples de modèles
• Exploitation des connaissances en mesure optique
![Page 2: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/2.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 2
Travaux sur le rayonnement thermique
Graphe du spectre électromagnétique
1 Rappels théoriques
![Page 3: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/3.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 3
Travaux sur le rayonnement thermique
• Loi de Planck :
Avec c1 = 3.743x108 W.m4/m2 et c2 = 1.439x104 m.K
( )[ ]{ }1/exp 25
1
−=
Sb TC
CE
λλλ
• Loi de Wien : MAX T = 2898 m.K
![Page 4: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/4.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 4
Travaux sur le rayonnement thermique
• Loi de Stefan-Boltzmann :
Avec T en K et = 5.67x10-8 W/(m2.K4)
4
0.. TdEW bb ==
× (W/m2)
![Page 5: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/5.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 5
Travaux sur le rayonnement thermique
Corps Noir : Wb=.T4 Corps Réel : Wr=..T4
Quelques exemples d ’émissivité () :
• Corps Noir : 1• Aluminium brut : 0.25• Aluminium poli : 0.20• Chrome : 0.08• Laiton Poli : 0.03• Or-Argent : 0.02
![Page 6: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/6.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 6
Travaux sur le rayonnement thermique
Conservation de l ’énergie Equilibre thermique, loi de Kirchhoff
Po=Po.(++)
Matériau opaque : =0 +=1
++=1 Pémis = Pabsorbé
.Po = .Po
=
=
= 1 -
![Page 7: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/7.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 7
Travaux sur le rayonnement thermique
Ce que contient l’émissivité ()
Métal T(K) n
Or 30080
0.020.01
Argent 300804
0.020.010.005
Aluminiumcommercialbrut
300804
0.250.120.07
Aluminiumpolimécanique
300804
0.200.100.06
Aluminiumpoliélectrolytique
300804
0.150.080.04
Chrome 300 0.08Cuivrepolimécanique 300
804
0.100.060.02
Etain 300804
0.0500.0120.013
Nickel 30080
0.050.02
Laitonpoli 300804
0.030.030.02
Acierinoxydable18-8 300804
0.200.120.10
![Page 8: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/8.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 8
Travaux sur le rayonnement thermique
Ce que contient l’émissivité () - suite
![Page 9: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/9.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 9
Travaux sur le rayonnement thermique
Ce que contient l’absorptivité ()
![Page 10: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/10.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 10
Travaux sur le rayonnement thermique
La géométrie : facteur de vue et angle solide
A1.F12 = A2.F21
n = nombre de surfacesi, j Î [1,n]Fij à n2 inconnues
=
=n
iijF
1
1 à n équa tions à re s te (n2-n)/2 ca lculs
212121 .. FAFA = à (n -1).n/2 équa tions 2 surfacesà 1 calcul3 " à 3 calculs4 " à 6 "5 " à 10 "
![Page 11: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/11.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 11
Travaux sur le rayonnement thermique
La géométrie : facteur de vue et angle solide - suite
F11= 0F12 = 1
F1-2,3 = F1-2 + F1-3
![Page 12: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/12.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 12
Travaux sur le rayonnement thermique
Formule finale générale : ( )
( ) 22
2
1211
1
42
41
12 1112
2
1
1
εε
εεσ α
εα
ε
AAFA
TTq
−++
−−
=&
Calcul pratique par analogie électrique
![Page 13: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/13.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 13
Travaux sur le rayonnement thermique
2.1 Expérience de test du MLI (cryostat horizontal)2 EXEMPLES DE MODELES
![Page 14: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/14.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 14
Travaux sur le rayonnement thermique
Pourquoi une garde ?
![Page 15: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/15.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 15
Travaux sur le rayonnement thermique
• Evaluation des pertes latérales (max. 2mW)
• Limiter l ’entrée de rayonnement parasite par le trou de pompage (- 67 %)
![Page 16: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/16.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 16
Travaux sur le rayonnement thermique
L’amélioration théorique apporté par la garde est de 12 à 15% (Flux supplémentaire).
L’augmentation de flux constatée expérimentalement varie de 10 à 20%.
• Comparaison des résultats théoriques et expérimentaux avec et sans garde.
![Page 17: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/17.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 17
Travaux sur le rayonnement thermique
2.2 Modélisation d’un trou dans un écran thermique
1 - Remplacer un trou et ce qu’il y a derrière par une surface aux propriétés optiques équivalentes
![Page 18: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/18.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 18
• Noircir l’intérieur d ’un écran ?
Travaux sur le rayonnement thermique
![Page 19: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/19.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 19
Travaux sur le rayonnement thermique
2.3 Modélisation de la superisolation
• Emissivité apparente
• Influence de l’émissivité de l’enceinte à vide
![Page 20: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/20.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 20
Travaux sur le rayonnement thermique
3 Mesure d’émissivité
3.1 Quelles mesures, quel détecteur ?
• Mesure calorimétrique
![Page 21: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/21.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 21
Travaux sur le rayonnement thermique
• Mesure optique : directe ou par réflexion
![Page 22: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/22.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 22
Travaux sur le rayonnement thermique
• Détecteurs optiques (photoconducteurs, photovoltaïques, photoémissifs, ...)
![Page 23: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/23.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 23
Travaux sur le rayonnement thermique
• Détecteurs thermiques (Cellule de Golay, bolomètre, pyroélectrique, thermopile …)
- Une limite fondamentale : le bruit
- Le détecteur idéal : le pyroélectrique.
• Utilisation d ’une fenêtre
![Page 24: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/24.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 24
( ) 44 1 RSSSSSS TATAQ σεσε −+=&
( )AB
ASABAS
QQ&&
&&
−
−−+= εεεε
3.2 Principe de fonctionnement de l’appareil Dornier (fourni par G. Perinic)
Travaux sur le rayonnement thermique
• A l’ambiante
![Page 25: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/25.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 25
Travaux sur le rayonnement thermique
• A froid
![Page 26: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/26.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 26
• Résultats de calibration (par le développeur)
Travaux sur le rayonnement thermique
Les références utilisées sont :
• une plaque d’aluminium couverte d ’une peinture noire (0.99)
• une plaque d’inox poli (0.11)
![Page 27: Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062314/56813876550346895da0250a/html5/thumbnails/27.jpg)
10/11/1999 L.SIMON LHC-ECR 27
Travaux sur le rayonnement thermique
• Résultats des premières mesures effectuées au Cryolab
Les références utilisées sont :
• le vide, considéré comme noir (=0)
• une plaque de cuivre dorée sur 30m d ’épaisseur (0.01)