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Niveau maths sup
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De la VRAIE mecanique quantique

Posté par
brocoli
11-12-07 à 19:15

Salut,

j'ai un petit exercice de vraie mécanique quantique, mais j'obtiens un resultat qui ne me convient pas. J'ai beau reprendre mes calculs, je n'arrive pas a obtenir un autre résultat!

C'est pas bien compliqué y'a juste 2formules : max.T=2898 µm.K
c'est la loi de Wien

P=.T^4
c'est la loi dite de Stephan Boltzmann, qui donne la puissance rayonnée par unité de surface, par un corps noir en équilibre thermique a la temperature T

Les questions sont :
Le soleil assimilé a une sphere de rayon RS= 7,0 E8 m, rayonne comme un corps noir de température TS=5800K
On prend =5,67E-8 W/m^2/K^4

1)Calculer la puissance rayonnée par le soleil Ps


Ps=*TS4*4**RS2 = 3,95 E26 W


2) La terre assimilée a une sphere de rayon Rt=6400km, située a une distance a=1u.a du soleil. calculer la puissance P interceptée par la Terre, en tant que disque de rayon Rt perpendiculairement a la direction du soleil. EN deduire la fraction P/Ps de la puisance solaire interceptée

je détail : Je considere une sphere de rayon 1u.a, puis je calcul sa puissance surfacique :

Pua=Ps/(4**R^2ua)=1397W.m^-2

La surface de la Terre : AT=*RT2 = 1,29 E14 m^2

P = Pua*AT=1,80 E17 W

P/Ps = 4,5 E-10

3)La Terre réflechit une fraction A (appelée albédo) de la puissance incidente. En supposant qu'elle se comporte comme un corps noir de température T, calculer T en fonction de Ts. Cette température dépend elle de RT? On prendra A=0,3 pour les AN

Soit PT la puissance rayonnée par la Terre :
PT = 0,3*4*²*RT²*RS²**Ts4/(4**Rua²) est égal par définition a *T4**R²T

donc en isolant T on a:
T=(\frac{0,3.T_s^4.R^2_S}{R^2_ua})1/4=293K

4) La température au sol moyenne est en réalité de 15°C. Quel effet supplémentaire peut expliquer cet écart?


Voila mon probleme, normalement je devrait trouver uen température inférieure a 15°C, or la mienne est a 20°C. Car c'est grace a la presence de l'atmosphere qu'il fait plus chaud. Si quelqu'un a une réponse! Pour les applications numériques j'ai a chaque fois pris les valeurs exactes.

merci de votre aide

Posté par
frenicle
re : De la VRAIE mecanique quantique 11-12-07 à 22:52

Bonsoir

Je crois que tu devrais écrire dans le 3) :

"est égal par définition à  T44RT2"

Car la surface de la terre qui rayonne est 4R² et non R² (qui est la section efficace qui reçoit le rayonnement du soleil).

Il faut donc diviser 293K par 41/4, ce qui donne 207K, soit -66°C.

Cordialement
Frenicle

Posté par
brocoli
re : De la VRAIE mecanique quantique 11-12-07 à 23:03

Bonsoir!

Ah! Mais enfait je crois que c'est 2R², car ya qu'une moitié de la Terre qui recoit le rayonnement provenant du Soleil..donc l'aire de la sphere divisée par 2

alors j'obtiens : 246K

Enfait mon erreur d'avant, c'est que j'avais conserver l'approximation de la Terre assimilé a un disque

Posté par
frenicle
re : De la VRAIE mecanique quantique 11-12-07 à 23:07

Non, je crois que c'est bon. C'est l'aire du disque de rayon R qui reçoit le rayonnement solaire et pas la demi-surface de la terre, car les rayons arrivent obliquement sur les parties qui ne sont pas face au soleil.
par contre, c'est toute la surface de la terre qui rayonne.

Posté par
frenicle
re : De la VRAIE mecanique quantique 11-12-07 à 23:17

Voila :
De la VRAIE mecanique quantique

Posté par
brocoli
re : De la VRAIE mecanique quantique 11-12-07 à 23:38

Pourtant la Terre ne peut que rayonner d'un coté. Lorsque pour l'une des partie de la Terre c'est la nuit, cette partie ne peut pas réfléchir de rayonnement incident, puisqu'elle n'a pas de rayonnement incident! Moi je vois ca comme ca.Parce que meme si on l

Posté par
brocoli
re : De la VRAIE mecanique quantique 11-12-07 à 23:38

Pourtant la Terre ne peut que rayonner d'un coté. Lorsque pour l'une des partie de la Terre c'est la nuit, cette partie ne peut pas réfléchir de rayonnement incident, puisqu'elle n'a pas de rayonnement incident! Moi je vois ca comme ca.Parce que meme si on la considere comme un disque, il y aura un coté du disque qui n'est pas "éclairé"

Posté par
frenicle
re : De la VRAIE mecanique quantique 12-12-07 à 07:28

Oui, mais ça c'est le membre de gauche de ton équation.
Quand la Terre réfléchit le rayonnement solaire, cela ne concerne qu'un côté.
Mais quand elle rayonne comme un corps noir, c'est toute sa surface qui émet (membre de droite).
Il me semble.

Posté par
brocoli
re : De la VRAIE mecanique quantique 12-12-07 à 16:48

Je crois que tu as raison. Car comme je l'ai dit "par définition", par définition c'est 4 Pi car il faut considerer la surface totale et non pas juste la surface incidente. (du moins c'est ce que je pense!)

J'ai une autre question qui me pose un petit ennui :

4)La température au sol moyenne est en réalité de 15°C. Quel effet supplémentaire peut expliquer cet écart?

On a trouver uen température inférieure. On explique c'est écart par la presence de la couche d'ozone.

5)Le maximum d'émssion du SOleil se situe vers la longueur d'onde s=0,5µm . Quelle est alors la longueur d'onde du maximum d'émission de la Terre? cela peut-il confirmer la reponse precedente?

Ya un bout de texte avant qui dit "En assimilant le spectre d'emission du soleil a celui d'un corps noir de temérature 5777K, la loi de Wien donne s=0,5µm qui explique le décalage vers le jaune de son spectre d'émission. On trouve également d'une étoile bleue est plus chaude qu'une etoile rouge. En assimilant le corps humain a un corps noir de température 37°C, on obtient max=9,3µm ...."

j'utilise la loi de Wien : max = 2898/207=14µm
(en prenant T=246K on a max=11,7µm)

Pour moi ca confirme les résultat précédent, car pour un homme a 37°C on a 9,3µm, or plus le corps est chaud plus sa longueur d'onde sera petite. Ce qui explique qu'avec 15°C on a une longueur d'onde plus grande!

Posté par
frenicle
re : De la VRAIE mecanique quantique 12-12-07 à 20:02

Franchement, je ne vois pas bien ce qu'il y a à confirmer.

Posté par
brocoli
re : De la VRAIE mecanique quantique 12-12-07 à 22:09

A vrai dire moi non plus!
Et je me rend compte que ma réponse enfait ne sert a rien. Parce que je crois qu'il faut confirmer que c'est bien l'atmosphere qui engendre l'effet "chauffeur". Mais bon je ne vois pas du tout.!

Posté par
lologuem
re : De la VRAIE mecanique quantique 12-12-07 à 22:35

Bonjour,
La couche d'ozone ne fait qu'arêter les rayon ultraviolet!
C'est l'effet de serre qui explique l'écart de temperature : l'eau, le CO2, le méthane... "emprisonnent", absorbent les rayons infrarouges réfléchis par la surface terrestre.

Posté par
brocoli
re : De la VRAIE mecanique quantique 14-12-07 à 17:56

Salut,

je pense avoir compris ma dernière question grace a ce que tu viens de dire lologuem. La couche l'eau le CO2 méthane ect absordent les rayons IR, or en calculant la longueur d'onde max émise par la Terre on a environ 12µm..soit des rayons dans le domaine IR, donc ils se font absorbés par les molécules mentionnées avant!

Mais qu'est ce qui se passe lorsque ces molécules absorbent les rayons IR? comment ca se fait que ca chauffe l'atmosphere?

Posté par
lologuem
re : De la VRAIE mecanique quantique 14-12-07 à 19:04

Ouh la la... C'est un problème de "propagation des ondes dans un milieu diélectrique"...
Le champ E agit sur les porteurs de charges de la matière (électrons des atomes) : il apparait, façon locale, des dipôles (oscillants).
On modélise ce phénomène par "le modèle de l'électron élastiquement liés" (qui donne un oscillateur amortie en régime forcée).
Pour répondre à ta question il apparait un terme "d'amortissement"(dissipatif) qui correspond à une force de freinage exercée par les charges extérieurs à l'atome considéré. En fait c'est compliqué...
Mais sinon il n'y a pas de couche d'eau ou de CO2 : les gaz à effet de serre sont répartis dans tout l'atmosphère (=! la couche d'ozone)

Posté par
lologuem
re : De la VRAIE mecanique quantique 14-12-07 à 19:08

Je parlais des charges extérieurs à l'atome... c'est plutôt les charges autre que l'électron considéré et le noyau...
Sinon il serait interressant de chercher les domaines d'absorption et de transmission de l'atmosphère.

Posté par
brocoli
re : De la VRAIE mecanique quantique 16-12-07 à 17:52

Petite correction pour la question 3:

Ya 30% du rayonnement qui est réfléchi, et 70% qui sont absorbés par la Terre.
Donc biensur dans l'équation faut remplacer 0,3 par 0,7

Merci lologuem pour ton explication



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