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Vidéo question :: Rayonnement thermique Physique • Troisième secondaire

Une planète en orbite autour d’une étoile absorbe le rayonnement infrarouge de celle-ci. La puissance moyenne du rayonnement infrarouge sur la surface de la planète est de 450 W / m² et la température de surface moyenne de la planète est de 33 ° C. L’aire totale de la planète est de 5 × 10¹² m². Combien de watts de rayonnement infrarouge la planète émet-elle?

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Transcription de la vidéo

Une planète en orbite autour d’une étoile absorbe le rayonnement infrarouge de celle-ci. La puissance moyenne du rayonnement infrarouge sur la surface de la planète est de 450 watts par mètre carré. Et la température de surface moyenne de la planète est une constante de 33 degrés Celsius. L’aire totale de la planète est cinq fois 10 puissance 12 mètres carrés. Combien de watts de rayonnement infrarouge la planète émet-elle ?

Alors, disons que ceci est notre étoile et que ceci est notre planète en orbite autour de l’étoile. L’étoile dégage à la fois de la lumière et de la chaleur. Et cette chaleur est un rayonnement infrarouge. Lorsque la planète se déplace autour de l’étoile, elle absorbe une partie de ce rayonnement infrarouge. Et la puissance moyenne par unité de surface de cette absorption est de 450 watts par mètre carré. Cela signifie que si nous considérions l’aire de la planète dans son ensemble, chaque mètre carré de cette aire recevrait en moyenne 450 watts de rayonnement infrarouge. Et encore une fois, nous faisons la moyenne de ce nombre sur toute la planète, même si un seul côté reçoit un rayonnement infrarouge à la fois, le côté qui fait face à l’étoile.

Maintenant, en général, lorsqu’un objet absorbe un rayonnement infrarouge, il l’émet également ou dégage une partie de ce rayonnement. Notre planète se comporte de cette façon, ce qui signifie que nous avons deux facteurs qui affectent la température de la planète. Un facteur est le rayonnement infrarouge qu’elle absorbe de l’étoile, et l’autre est le rayonnement infrarouge qu’elle émet ou dégage. On pourrait dire que lorsque la planète absorbe un rayonnement infrarouge, de l’énergie est absorbée. Et quand elle émet un rayonnement infrarouge, de l’énergie est dégagée.

Maintenant, on nous dit quelque chose d’intéressant sur cette planète dans l’énoncé du problème. On nous dit que la température de surface moyenne de la planète est une constante de 33 degrés Celsius. Maintenant, la température en elle-même n’est pas aussi importante que le fait que cette température soit constante. Cela nous indique que la vitesse à laquelle la planète absorbe de l’énergie est égale à la vitesse à laquelle elle la dégage.

Notez que cette planète ne peut absorber ou émettre de l’énergie qu’en recevant ou en émettant un rayonnement infrarouge. Si ces deux facteurs, le taux d’énergie entrant et le taux d’énergie sortant, n’étaient pas égaux, alors la température de la planète augmenterait ou diminuerait. Mais ce n’est pas le cas ; elle reste constante. Cela signifie que, en moyenne, 450 watts par mètre carré de rayonnement infrarouge sont absorbés par la planète et que 450 watts par mètre carré sont dégagés, encore une fois en moyenne.

Et maintenant, nous sommes prêts à examiner la question posée dans cet exercice. Combien de watts de rayonnement infrarouge la planète émet-elle ? Nous avons vu que la planète étant à une température constante signifie que pour chaque mètre carré moyen qui absorbe 450 watts de puissance, chaque mètre carré en moyenne émet également la même quantité, 450 watts. Donc, si chacun des mètres carrés d’aire sur la planète dégageait 450 watts. Alors, si nous voulons simplement savoir combien de watts de puissance sont émis, nous pouvons multiplier cette puissance moyenne par mètre carré émise par l’aire totale de la planète.

Nous pouvons voir que si cette aire est exprimée en mètres carrés, alors les mètres carrés s’annuleront dans ce produit. Et il nous restera simplement des watts de puissance. Et en effet, on nous dit que l’aire totale de cette planète, cinq fois 10 puissance 12 mètres carrés. Et comme nous l’avons mentionné, lorsque nous multiplions ces deux nombres ensemble, les mètres carrés s’annulent. Et il ne nous reste que des watts. Le nombre que nous calculons est de 2,25 fois 10 puissance 15 watts. C’est le nombre de watts de rayonnement infrarouge émis par la planète.

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