Le rayonnement
Élément qui a permis la vie sur Terre, le Soleil constitue une véritable source de vie pour l'homme ; cependant les rayons du Soleil sont divisés en plusieurs catégories dont un est nocif pour l'homme et dont un bouleverse les climats de notre région . Mais tout d'abord définissons le rayonnement en générale ( comme le reste de la page ) .
1 )
Définition
2 )
Les différents types
de rayonnement
a )
Rayonnement diffus ( loi
de Wien )
b )
Rayonnement direct ( loi
de Stephan )
c )
Rayonnement global ( pyrhéliomètre
)
d ) Equilibre radiatif : corps noir et loi de Planck
e ) Conséquences de ces rayons lumineux
3 ) Constante solaire ( notée C )
Le spectre de Brocken et la gloire
La bordure argentée ou silver lining et l'anneau de Bishop
1 ) Définition
C'est la quantité d'ondes lumineuses qui arrivent
sur une surface d'environ 1 m² . Il existe différents types
de rayons lumineux dont je vais vous donner leurs noms et leurs fonctions
. Nous parlons d'absorption lorsqu'un corps transforme les rayons
du soleil en chaleur interne .
2 ) Les différents
types de rayonnement
a ) Rayonnement diffus
Ce sont des rayons qui proviennent de l'atmosphère
qu'il fasse beau ou pas ; des rayons lumineux issus du Soleil traversent
les nuages et se diffusent sur toute la surface de la Terre ( d'ou son
nom ) .
Nous pouvons mesurer la longueur d'onde grâce à
un pyranomètre qui protège du Soleil pour éviter de
mesurer les rayons UV que nous allons voir dans le rayonnement direct :.Les rayons de l'atmosphère pénètrent
à l'intérieur du couvercle pour alimenter la batterie et
pour donner par l'intermédiaire d'un câble électrique
la puissance émise par les rayons de l'atmosphère .
Cet instrument est surtout utilisé pour étudier
le réchauffement climatique de la Terre .
Si vous n'avez pas de pyranomètre, alors utilisez la loi de Wien ( physicien allemand 1864-1928 ) qui s'écrit :
l = b / T
l : longueur d'onde des rayons lumineux en m .
b : constante de Wien qui vaut 2897.10-6 m.K .
T : température de l'air ambiante en Kelvin K
.
b ) Rayonnement direct
Ce sont des rayons qui proviennent de l'atmosphère
mais ce sont surtout les rayons UV du Soleil qui sont mesurés par
un pyrhéliomètre :
Instrument fort compliqué, le pyrhéliomètre
( du grec "hélios" qui veut dire "Soleil" ) sert à recueillir
la puissance émise par le Soleil .
Cet instrument est utilisé pour déterminer
les indices UV du Soleil pendant la saison estivale .
En calculant d'après la loi de Stefan ( physicien Autrichien 1835-1893 ) la puissance émise par les rayons du Soleil, on peut déterminer l'indice UV du Soleil de prévu pour le lendemain :
e = sigma.S.(T²)²
sigma : constante de Stefan qui vaut 5,67.10-8 W.M-2.K-4
S : surface émettrice en m²
(T²)² : température de l'air ambiant
en Kelvin K .
Il existe aussi un moyen de calculer la puissance e1 émise par un objet :
e1 = epsilon.eC
e1 : puissance émise par un objet en W
epsilon : émittance ( constante variant en fonction de la situation géographique choisie entre 0 et 1 )
eC : puissance émise en W par un corps noir : objet qui absorbe tous les rayons qu'il reçoit sans les réfléchir ; les rayons ne passent donc pas à travers le corps noir, ils sont émis à nouveau vers un autre objet en quantité qui se calcule par la loi de Planck ( du nom de Max Planck, physicien allemand 1858-1947 ) ; ex : le Soleil.
c ) Rayonnement global
( pyrhéliomètre )
Ce sont tous les rayons issus du Soleil ( rayons UV,
... ) mesurés par un pyrhéliomètre .
d ) Equilibre radiatif : corps noir et loi de Planck
L'équilibre radiatif correspond à une quantité d'émission de rayons lumineux équivalente à une quantité de réception lumineux .
Un corps noir est un corps théorique qui est défini par la loi de Planck :
e(l) = (KL)/[(Lpuissance5)(exp(K2/LT)-1)
e(l) : energie dégagée par le corps noir en W/m²/micrometre
K1 : constante qui vaut 3,74.10puissance8 W/micrometre( puissance 4 )/m²
K2 : constante qui vaut 1,43.10puissance4 micrometre/K
L : longueur d'onde
e )Conséquences de ces rayons lumineux
Le plus classique est la brulure de la peau à force de rester exposé à ces rayons lumineux et notamment les rayons Ultra-violets ( rayons UV ) ; cette conséquence peut s'avérer dramatique car souvent responsable de cancers de la peau ; mais il ne faut pas oublier que le soleil est en partie à l'origine de la vie sur Terre .
Les rayons lumineux peuvent être aussi responsables de deux autres phénomènes : le mirage, les aurores boréales, les couronnes et l'irisation, le spectre de Brocken et la gloire, la bordure argentée ou silver lining et l'anneau de Bishop et le rayon vert ,.; activité solaire .
3 ) Constante solaire ( notée C )
Quantité d'énergie transportée par rayonnement solaire qui traverse perpendiculairement une surface unité . Son intensité est de 1,30 W / m² ( valable si la Terre se situe à une distance moyenne du soleil ) .
Or, la forme de la Terre fait que les pôles et l'équateur ne sont pas chauffés de la même façon, d'où une constante solaire moyenne notée C' ( énergie solaire reçue vers les 600 km d'altitude, c'est-à-dire vers le "sommet" de l'atmosphère terrestre ), ce qui implique la relation :
CpR² = C'4pR²
pR² : surface du disque terrestre vu du soleil
4pR² : surface du globe terrestre .
D'où C' = C / 4 = 340 W / m²
Une partie du rayonnement n'est pas absorbée par l'Oxygène, l'Ozone et le dioxygène : il y a réflexion d'une partie des rayons du soleil ( 102 W / m² ) par l'atmosphère ( molécules, nuages, poussières ) et par la surface de la Terre ( neige, sols arides comme les déserts ) .
Le rayonnement de la planète joue un rôle capitale dans l'évolution du climat de la planète ; certes le réchauffement de la planète semble se confirmer pour le siècle à venir, mais avons-nous oublié que le réchauffement ne se fera pas sans période de glaciation ( hiver très froid ) qui seront dues au détachement des glaces au niveau des pôles qui apporteront avec eux de l'air froid .