rayonnement thermique et mesure optique d missivit entre 80 et 300k
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Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K

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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.

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rayonnement thermique et mesure optique d missivit entre 80 et 300k
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

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Travaux sur le rayonnement thermique

1 Rappels théoriques

Graphe du spectre électromagnétique

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Travaux sur le rayonnement thermique
  • Loi de Planck :

Avecc1 = 3.743x108 W.mm4/m2 et c2 = 1.439x104mm.K

  • Loi de Wien :lMAX T = 2898 mm.K

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Travaux sur le rayonnement thermique
  • Loi de Stefan-Boltzmann :

(W/m2)

Avec T en K et s = 5.67x10-8 W/(m2.K4)

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Travaux sur le rayonnement thermique

Corps Noir : Wb=s.T4

Corps Réel : Wr=e.s.T4

  • Quelques exemples d ’émissivité (e) :
    • Corps Noir : 1
    • Aluminium brut : 0.25
    • Aluminium poli : 0.20
    • Chrome : 0.08
    • Laiton Poli : 0.03
    • Or-Argent : 0.02

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Travaux sur le rayonnement thermique

Conservation de l ’énergie

Equilibre thermique, loi de Kirchhoff

Pémis = Pabsorbé

Po=Po.(r+a+t)

r+a+t=1

e.Po = a.Po

r+a=1

Matériau opaque : t=0

e = a

e

a = e

r = 1 - e

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Travaux sur le rayonnement thermique

Ce que contient l’émissivité (e)

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Travaux sur le rayonnement thermique

Ce que contient l’émissivité (e) - suite

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Travaux sur le rayonnement thermique

Ce que contient l’absorptivité (a)

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Travaux sur le rayonnement thermique

La géométrie : facteur de vue et angle solide

A1.F12 = A2.F21

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Travaux sur le rayonnement thermique

La géométrie : facteur de vue et angle solide - suite

F1-2,3 = F1-2 + F1-3

F11= 0

F12 = 1

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Travaux sur le rayonnement thermique

Calcul pratique par analogie électrique

Formule finale générale :

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Travaux sur le rayonnement thermique

2 EXEMPLES DE MODELES

2.1 Expérience de test du MLI (cryostat horizontal)

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Travaux sur le rayonnement thermique

Pourquoi une garde ?

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Travaux sur le rayonnement thermique
  • Evaluation des pertes latérales (max. 2mW)
  • Limiter l ’entrée de rayonnement parasite par le trou de pompage (- 67 %)

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Travaux sur le rayonnement thermique
  • Comparaison des résultats théoriques et expérimentaux avec et sans garde.

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%.

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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

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Travaux sur le rayonnement thermique
  • Noircir l’intérieur d ’un écran ?

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Travaux sur le rayonnement thermique

2.3 Modélisation de la superisolation

  • Emissivité apparente
  • Influence de l’émissivité de l’enceinte à vide

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Travaux sur le rayonnement thermique

3 Mesure d’émissivité

3.1 Quelles mesures, quel détecteur ?

  • Mesure calorimétrique

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Travaux sur le rayonnement thermique
  • Mesure optique : directe ou par réflexion

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Travaux sur le rayonnement thermique
  • Détecteurs optiques (photoconducteurs, photovoltaïques, photoémissifs, ...)

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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

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Travaux sur le rayonnement thermique

3.2 Principe de fonctionnement de l’appareil Dornier (fourni par G. Perinic)

  • A l’ambiante

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Travaux sur le rayonnement thermique
  • Résultats de calibration (par le développeur)
  • Les références utilisées sont :
  • une plaque d’aluminium couverte d ’une peinture noire (0.99)
  • une plaque d’inox poli (0.11)

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Travaux sur le rayonnement thermique
  • Résultats des premières mesures effectuées au Cryolab
  • Les références utilisées sont :
  • le vide, considéré comme noir (r=0)
  • une plaque de cuivre dorée sur 30mm d ’épaisseur (0.01)

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