Émissivité
L’ émissivité ε de la surface d’un matériau est son efficacité à émettre de l’énergie sous forme de rayonnement thermique et varie entre 0,0 et 1,0.
Par définition, un corps noir en équilibre thermique a une émissivité de ε = 1,0 . Les objets réels ne dégagent pas autant de chaleur qu’un corps noir parfait. Ils émettent moins de chaleur qu’un corps noir et sont donc appelés corps gris. Pour tenir compte du fait que les objets réels sont des corps gris, la loi de Stefan-Boltzmann doit inclure l’ émissivité . Quantitativement, l’ émissivité est le rapport entre le rayonnement thermique d’une surface et le rayonnement d’une surface noire idéale à la même température que celle donnée par la loi de Stefan-Boltzmann. L’émissivité est simplement un facteur par lequel nous multiplions le transfert de chaleur du corps noir pour prendre en compte le fait que le corps noir est le cas idéal.
La surface d’un corps noir émet un rayonnement thermique à un taux d’environ 448 watts par mètre carré à la température ambiante (25 ° C, 298,15 K). Les objets réels avec des émissivités inférieures à 1,0 (par exemple, un fil de cuivre) émettent des radiations à des vitesses correspondantes plus faibles (par exemple, 448 x 0,03 = 13,4 W / m 2 ). L’émissivité joue un rôle important dans les problèmes de transfert de chaleur. Par exemple, les capteurs de chaleur solaire incorporent des surfaces sélectives à très basse émissivité. Ces capteurs ne gaspillent que très peu d’énergie solaire par émission de rayonnement thermique.
Une autre propriété de rayonnement importante d’une surface est son pouvoir d’ absorption , α , qui correspond à la fraction de l’énergie de rayonnement incidente sur une surface absorbée par la surface. Comme l’émissivité, la valeur de l’absorptivité est comprise entre 0 <α <1.
En règle générale, l’ absorbance et l’ émissivité sont liées entre elles par la loi de Kirchhoff sur le rayonnement thermique , qui stipule:
Pour un corps quelconque émettant et absorbant un rayonnement thermique en équilibre thermodynamique, l’émissivité est égale à l’absorption.
émissivité ε = capacité d’absorption α
Notez que le rayonnement visible occupe une bande très étroite du spectre de 0,4 à 0,76 nm, nous ne pouvons pas juger de la noirceur d’une surface sur la base d’observations visuelles. Par exemple, considérons un papier blanc qui reflète la lumière visible et apparaît donc blanc. Par contre, il est essentiellement noir pour le rayonnement infrarouge ( capacité d’absorption α = 0,94 ), car ils absorbent fortement les rayonnements de grande longueur d’onde.