 flux de rayonnement |
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La
lumière
et, plus généralement, les
rayonnements électromagnétiques
se propagent dans les différents milieux suivant des faisceaux rassemblant des rayons rectilignes ou parfois même courbes et prenant ainsi la forme de "
flux
" analogues à ceux que véhicule un
courant
fluide : dans chaque cas précis, un tel flux de rayonnement est issu d'une surface initiale (S
e
) constituant la source d'
émission
du
rayonnement
, puis il se transmet dans le milieu considéré (éventuellement le vide) et en traverse ainsi toute surface (S
m
) que l'on peut y dessiner sur son chemin, enfin il parvient à une surface cible (S
r
) où ses rayons subiront, entièrement ou partiellement, une ou plusieurs transformations parmi trois processus possibles, qui sont la
réflexion
vers le milieu initial
—
au sens large : soit une
réflexion spéculaire
, soit une
diffusion
—
, la
transmission
à travers le milieu consécutif à (S
r
) et l'
absorption
par ce nouveau milieu. |
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L'analogie entre le flux d'un fluide et le parcours d'un faisceau de
rayonnement électromagnétique
se prolonge par le fait que l'une et l'autre notions peuvent s'appliquer quantitativement au transport d'une énergie E de forme donnée (par exemple de la
chaleur
, une
énergie cinétique
, électrique, chimique... et, dans le cas du rayonnement électromagnétique, une
énergie radiante
) : si, entre un instant fixé
t
et l'instant très voisin
t
+ Δ
t
qui le suit, le fluide ou le rayonnement traverse une surface (S
m
) d'aire
S
m
, le
flux énergétique
de l'énergie E à travers (S
m
) à l'instant
t
sera le nombre
Φ
m
égal à Δ
E
m
/ Δ
t
, où Δ
E
m
représente la quantité de l'énergie de forme E qui a traversé la surface (S) durant l'intervalle de temps extrêmement bref Δ
t
; ce nombre dépend des parcours du fluide ou du rayonnement, mais aussi de l'instant
t
considéré et de l'extension de la surface, et puisqu'il définit une énergie par unité de temps, donc une puissance, son unité usuelle de mesure est le watt (abr. : W), ainsi désigné d'après le nom de l'ingénieur écossais James Watt (1736-1819). Des définitions similaires précisent le flux énergétique qui est émis par une source d'énergie (S
e
) d'aire
S
e
et celui qui est reçu par une surface réceptrice (S
r
) d'aire
S
r
: si les quantités d'énergie émise et reçue durant l'intervalle de temps Δ
t
sont respectivement Δ
E
e
et Δ
E
r
, les flux énergétiques correspondants auront pour valeurs
Φ
e
= Δ
E
e
/ Δ
t
et
Φ
r
= Δ
E
r
/ Δ
t
. |
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Dans le cas d'un flux de rayonnement, la quantité Δ
E
d'énergie radiante E ayant été émise, transmise ou reçue pendant l'intervalle de temps Δ
t
peut se calculer en considérant que chaque rayon du faisceau, ainsi que le rappelle l'article de
La météo de A à Z
relatif à l'
énergie de rayonnement
, représente le trajet d'une suite de particules immatérielles, les
photons
, dont chacune transporte un
quantum
d'énergie
h
ν
proportionnel à la fréquence
ν
de l'
onde électromagnétique
correspondante (la
constante de Planck
h
a la dimension d'une énergie multipliée par un temps) : pour un
rayonnement monochromatique
de fréquence
ν
ou, ce qui est équivalent, de
longueur d'onde
dans le vide
λ
égale à
c
/
ν
(
c
étant la
vitesse de la lumière
), le flux de rayonnement
Φ
λ
relatif à la surface (S) d'aire
S
à l'instant
t
vaut alors Δ
E
λ
/ Δ
t
, avec Δ
E
λ
=
n h ν
, où
n
est le nombre de photons que (S) a émis, fait passer ou reçus durant l'intervalle de temps Δ
t
. Pour un rayonnement recouvrant un intervalle entier de
longueurs d'onde
, ou bien l'ensemble des longueurs d'onde possibles, la valeur du flux de rayonnement global
Φ
s'obtient en sommant les valeurs de tous les
Φ
λ
sur cet intervalle ou cet ensemble ; en outre, pour une même forme géométrique et une même disposition de (S), la valeur de
Φ
sera proportionnelle à l'aire
S
: c'est pourquoi l'on caractérise finalement l'énergie radiante émise, transmise ou reçue au centre M de la surface (S) par l'
éclairement énergétique
du faisceau en M, égal à
Φ
/
S
et mesurable en watts par mètre carré (W.m
- 2
). |
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