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Les conversions d'énergie

Energie thermique -> énergie rayonnante (radiative)

Le rayonnement infrarouge

Tout corps dont la température est supérieure à 0K (soit -273.15°C), quel qu’il soit, émet un rayonnement infrarouge. Son intensité est fonction de l’émissivité ε du matériau ; c’est elle qui détermine la puissance émise par le corps, selon sa température. Elle est sans unité, fonction des propriétés du corps (couleur, état de surface, …) et varie entre 0 et 1.

Pour estimer l’énergie thermique convertie en énergie de rayonnement par un corps, il est nécessaire de déterminer la puissance qu’il va émettre. Plaçons-nous dans l’exemple d’une plaque sombre de 3 m², à une température de 100°C (soit 373,15K) et dont l’émissivité serait ε = 0.8. La puissance émise par un mètre carré de cette plaque est son émittance E (en Watt par mètre carré, W/m²). Elle se détermine via la loi de Stephan-Boltzmann :

E = ε x σ x T4

Où σ est la constante de Stephan-Boltzmann (σ = 5.67 x 10-8 W/m².K4), et T la température (en K). On a donc :

E = 0.8 x 5.67 x 10-8 x 373.154
E = 879.4 W/m²

Les 3 m² de la plaque vont donc émettre 3 x 879.4 W, soit 2638 Watts. En une heure (3600 secondes), l’énergie émise sera :

Energie = 2638 x 3600
Energie = 9 497 965 J

En une heure, ce sont 9,5 méga-Joules (MJ)  qui seront converties. Petit à petit, le corps va se refroidir, du fait de la conversion de son énergie thermique en énergie rayonnante. A titre d’exemple, c’est l’énergie requise pour réchauffer (environ) 230 l d’eau de 10°C.

Remarques : dans cet exemple, nous nous sommes placés dans l’hypothèse du corps gris. Cela signifie que l’on suppose que l’émissivité est indépendante de la longueur d’onde. Cette hypothèse est amplement suffisante en première approche.

      Energie chimique -> Energie rayonnante
      Energie chimique -> Energie mécanique
      Energie chimique -> Energie électrique
         L'oxydo-réduction
    
 Energie chimique -> Energie thermique
         La combustion

      Energie mécanique -> Energie thermique
         Les frottements
      Energie mécanique -> Energie chimique
      Energie mécanique -> Energie hydraulique
         Le pompage
      Energie mécanique -> Energie électrique

      Energie électrique -> Energie thermique
         L'effet Joule
      Energie électrique -> Energie chimique
      Energie électrique -> Energie rayonnante
      Energie électrique -> Energie mécanique

      Energie thermique -> Energie électrique
         L'effet Seebeck
         La turbine à vapeur et l'alternateur (indirect)
      Energie thermique -> Energie chimique
      Energie thermique -> Energie rayonnante
         Incandescence
         Rayonnement infrarouge
      Energie thermique -> Energie mécanique

      Energie rayonnante -> Energie électrique
         L'effet photovoltaïque
      Energie rayonnante -> Energie chimique
      Energie rayonnante -> Energie thermique
         L'absorption

      Energie hydraulique -> Energie mécanique

      Energie nucléaire -> Energie thermique

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