Calcul amusant notamment pour les astronomes

[seba]

Générée ou dissipée ?
J'ai du mal à imaginer le filament comme un producteur d'énergie.
Mais je n'ai pas tout compris...

Elle est bien générée dans un moteur électrique, par exemple. Générée ou délivrée plutôt.
En plus c'est marqué que l'ampoule : 53 watts.

[egtegt²]

Bon.
Si tu veux, l'unité de puissance permet de chiffrer la puissance de toutes sortes de phénomènes, aussi bien l'explosion d'une supernova que le métabolisme d'une cellule.
Peu importe l'origine et le devenir de cette puissance.
Toi et astrophoto cherchez de midi à quatorze heure à côté d'une question très simple.
Comme pour mes bagnoles : j'ai écrit qu'on pouvait comparer les puissances maxi aux roues et c'est tout, sans parler de performances, d'accélération ou de rapports de boîtes.
On peut mesurer la puissance maxi aux roues ou on ne peut pas ? Oui on peut. Et c'est tout.
Ou du moteur en bout d'arbre ? Oui on peut aussi, malgré l'origine différente de cette puissance.

Oui, on peut mesurer la puissance maxi aux roues, ou celle du soleil puisque c'est le sujet. La question est de savoir pourquoi on le fait. Si c'est juste pour avoir des chiffres sans valeur réelle et les comparer, autant lancer des dès et comparer les résultats.

Comparer la puissance maxi de deux voitures, l'une électrique et l'autre thermique n'est pas représentatif, ça ne dit pas laquelle accélère le plus fort ni laquelle roule le plus vite. De la même façon je ne vois pas trop à quoi ça avance de comparer les puissance d'une ampoule à incandescence et celle du soleil ou d'un tas de fumier. Ca ne sert pratiquement à rien, même pas vraiment à faire avancer les connaissances.

[seba]

Le but c'est de comprendre comment dans le soleil on a une température de 15 millions de degrés et dans le filament 2800 degrés.
Au départ de cette interrogation, j'ai été surpris par la faible puissance volumique du soleil.

[egtegt²]

Le but c'est de comprendre comment dans le soleil on a une température de 15 millions de degrés et dans le filament 2800 degrés.
Au départ de cette interrogation, j'ai été surpris par la faible puissance volumique du soleil.

Je ne vois pas trop ce qu'il y a à comprendre, la température de tout élément quel qu'il soit correspond à un état d'équilibre entre l'énergie fournie et l'énergie dissipée. Plus la température augmente plus la dissipation est importante.

C'est le principe même du réchauffement climatique, les gaz à effet de serre diminuent la dissipation de l'énergie vers l'espace et la température augmente. Ils diminuent aussi l'apport d'énergie du soleil mais moins car la longueur d'onde est différente.

[seba]

Et bien moi, de lire que la puissance au centre du soleil est de moins de 300 W/m3 , et entretenir une température de 15 millions de degrés, oui au premier abord ça m'a surpris.

[Nikojorj]

Ben moi, de lire que le diamètre du Soleil est de plus de 100 fois celui de la Terre qui n'est déjà pas si petite, ça m'en bouche un coin tout pareil.
https://www.youtube.com/watch?v=uzPdl6jlp7U

[bernall]

A savoir que par exemple, pour chaque mètre cube, pour dissiper la puissance, le soleil dispose de 4 milliardièmes de mètre carré et le filament de 200000 mètres carrés.
Avec ces chiffres on peut déjà se douter que le soleil va conserver la chaleur plus que le filament.

Tout est dit. Merci Seba, on m'aurait posé la question je n'aurais pas répondu 300w/m3 ...

[pierre_restif]

1 litre d'essence peut restituer plus de 9kW, soit 9000 W pour 1/1000e de m3. L'essence plus forte que le soleil ? Ben non. Sans chaleur,sans comburant, le litre d'essence ne restitue pas d'énergie.
Comme le filament d'ampoule sans fournisseur d'électricité.
Alors que le soleil restitue de l'énergie par sa propre nature, issue de sa formation et du big bang.
Mention spéciale pour l'argument qui tue "c'est marqué dessus".
Ça m'aura permis de me remémorer un fromage iconique

[restoc]

Ce ne serait pas plus juste de rapporter la puissance rayonnée à la surface du bouzingue?
Au milieu du Soleil je pense qu'il fait plus chaud que 6000K.

Environ 15 000 000 de ° C au niveau du noyau. Ensuite les différentes couches internes ( radiatives, photosphère etc) semblent avoir des Temp différentes puis tomber en surface à 5773 k ( enfin ce qu'on appelle la surface avec nos instruments) et remonter au dessus  par des mécanismes qui restent une énigme à plusieurs millions de °.
On en déduit facilement que la plus grande partie de l'énergie n'est pas rayonnée mais sert à entretenir la fusion nucléaire interne ( heureusement pour nos salades et nos cancers de la peau ).

A la différence du filament où tout ce qui rentre en énergie est rayonné et est généré par un apport externe ( batterie ou EDF ...) et doit produire cette fusion en ayant 0 apport d'énergie du vide spatial l'environnat.  Dit autrement le soleil se démerde tout seul sans appoint d'énergie externe mais le filament ne brille qui si on l'alimente et en plus au pire il part déjà avec .. l'énergie du soleil qui nous maintient largement au dessus du 0 absolu.

Du coup a t-on le droit de comparer les deux ? A priori non. Mais je veux bien me tromper.

[seba]

Générée ou dissipée ?
J'ai du mal à imaginer le filament comme un producteur d'énergie.
Mais je n'ai pas tout compris...

En fait il y a un principe, c'est la conservation de l'énergie. L'énergie n'est jamais générée mais toujours transformée.
Là l'énergie électrique est transformée en chaleur et lumière dans le filament.
Maintenant imaginez que le filament soit radioactif ce qui produirait 53 watts (là c'est l'énergie de la masse qui est transformée en chaleur et lumière).
Le problème thermodynamique serait exactement le même.

[pierre_restif]

Re,
Toutafé
J'aurais dû être plus précis.
Disons que le filament n'agit que comme un dissipateur d'énergie.
Le soleil, ou un pack carburant+comburant+chaleur, agit comme un restituteur autonome d'énergie. Pour les comparer, il faut intégrer la source d'énergie qui rendra le filament autonome comme le soleil.
Est-ce plus juste ou compréhensible présenté ainsi ?

[seba]

Pour les comparer, il faut intégrer la source d'énergie qui rendra le filament autonome comme le soleil.

Je ne pense pas.
Là le filament est relié au réseau mais pourrait tout aussi bien être relié à un générateur juste suffisant pour les 53 watts de l'ampoule.
Le problème n'est pas de savoir d'où vient l'énergie mais de calculer la température (du soleil et du filament) d'après la puissance libérée.

[pierre_restif]

J'avais lu "puissance volumique"
Ce qui doit sous-entendre systématiquement la source d'énergie. Un cube d'un centimètre de cuivre pur peut faire passer un sacré paquet de Watts avant de produire de la chaleur ou de la lumière. Est-il puissant en lui même ? Non. Un hypothétique cube d'un centimètre au coeur du Soleil participe à une libération d'énergie.
Il me semble fallacieux de vouloir comparer la puissance ou le rendement de ces deux cubes. J'ai l'impression de chercher à comparer la flotabilité d'un bois et d'une note de musique...
Il y a quelque chose qui m'échappe.

[seba]

J'avais lu "puissance volumique"
Ce qui doit sous-entendre systématiquement la source d'énergie. Un cube d'un centimètre de cuivre pur peut faire passer un sacré paquet de Watts avant de produire de la chaleur ou de la lumière. Est-il puissant en lui même ? Non. Un hypothétique cube d'un centimètre au coeur du Soleil participe à une libération d'énergie.
Il me semble fallacieux de vouloir comparer la puissance ou le rendement de ces deux cubes. J'ai l'impression de chercher à comparer la flotabilité d'un bois et d'une note de musique...
Il y a quelque chose qui m'échappe.

Une fois que ce cube de cuivre sera à l'équilibre thermique, sa température sera stable.
Et oui on peut dire qu'il est puissant en lui-même puisque l'énergie est libérée en son sein.
De la même manière qu'une turbine est puissante bien que sa puissance soit issue de la puissance du fleuve qui l'alimente.

[pierre_restif]

Donc une feuille de papier sera très peu puissante si on l'allume avec un briquet, ou énormément puissante si on l'allume avec l'arc électrique d'une ligne à très haute tension...

[seba]

Donc une feuille de papier sera très peu puissante si on l'allume avec un briquet, ou énormément puissante si on l'allume avec l'arc électrique d'une ligne à très haute tension...

C'est ça.
Elle va dégager assez peu de puissance pendant quelques secondes en l'allumant avec un briquet, et beaucoup de puissance pendant très peu de temps si elle explose sous l'effet d'une forte tension.
Si l'arc électrique ne fait que l'allumer, la puissance dissipée par le papier sera bien sûr ensuite due à la combustion, tout comme avec le briquet, la puissance de l'arc électrique lui-même étant dissipée dans l'atmosphère environnante.

[egtegt²]

En fait il y a un principe, c'est la conservation de l'énergie. L'énergie n'est jamais générée mais toujours transformée.
Là l'énergie électrique est transformée en chaleur et lumière dans le filament.
Maintenant imaginez que le filament soit radioactif ce qui produirait 53 watts (là c'est l'énergie de la masse qui est transformée en chaleur et lumière).
Le problème thermodynamique serait exactement le même.

Pas tout à fait, c'est une approximation et le soleil fonctionne justement dans le domaine où cette approximation n'est pas valable. Il faut faire entrer la matière dans l'équation si tu veux avoir une réelle conservation sinon il va falloir que tu m'expliques d'où vient l'énergie du soleil.

[seba]

Pas tout à fait, c'est une approximation et le soleil fonctionne justement dans le domaine où cette approximation n'est pas valable. Il faut faire entrer la matière dans l'équation si tu veux avoir une réelle conservation sinon il va falloir que tu m'expliques d'où vient l'énergie du soleil.

Ah non c'est un principe absolu (et démontré je crois, théorème de Noether).
A cause de l'équivalence masse-énergie, cette loi est vérifiée.

[Oleg]

Ah non c'est un principe absolu (et démontré je crois, théorème de Noether).
A cause de l'équivalence masse-énergie, cette loi est vérifiée.

En effet la relation E = mc2 s'applique partout sans aucune exception. Par exemple, un vieux reveil-matin à ressort spiral que l'on remonte à la main, est plus lourd (de très très peu bien sûr) une fois remonté. Le soleil rayonne de l'énergie essentiellement sous forme électromagnétique ainsi que par émission de particules diverses (vent solaire, neutrinos...), tout en perdant une masse équivalente à cette énergie lors des réactions de fusion qui s'y produisent.
Quant au problème initialement posé, je crains que les calculs que vous essayez de faire soient bougrement plus compliqués qu'en première approximation, car l'énergie rayonnée est reliée à la longueur d'onde des photons émis, donc elle dépend de la région du spectre considérée, et elle l'est de façon quantifiée de surcroît (c'est d'ailleurs de problème dit de "la catastrophe ultraviolette") qui a donné naissance à la thorie des quanta.
C'étaient mes 2 centimes pour jouer et tout compliquer, puisque le titre est "Calcul amusant" 

[seba]

Quant au problème initialement posé, je crains que les calculs que vous essayez de faire soient bougrement plus compliqués qu'en première approximation,...

Je n'essaye plus des les faire, les quelques éléments que j'ai calculés me contentent.

[egtegt²]

Ah non c'est un principe absolu (et démontré je crois, théorème de Noether).
A cause de l'équivalence masse-énergie, cette loi est vérifiée.

Ton explication est un peu tirée par les cheveux, dans les faits la relativité contredit la loi de conservation de l'énergie (qui lui est antérieure) et la remplace par une loi de conservation du couple énergie/masse.

La loi de conservation de l'énergie reste valable dans la vie de tous les jours mais elle ne s'applique pas en tant que telle quand on entre dans le champ relativiste, ce qui est le cas pour la fission et la fusion nucléaire.

[seba]

Ton explication est un peu tirée par les cheveux, dans les faits la relativité contredit la loi de conservation de l'énergie (qui lui est antérieure) et la remplace par une loi de conservation du couple énergie/masse.

La loi de conservation de l'énergie reste valable dans la vie de tous les jours mais elle ne s'applique pas en tant que telle quand on entre dans le champ relativiste, ce qui est le cas pour la fission et la fusion nucléaire.

La masse est une forme d'énergie et doit être prise en compte dans le bilan.
L'équivalence masse-énergie s'applique partout et en toute circonstance (par exemple pour des réactions chimiques).

[seba]

Par exemple :

Dans l'exemple de la combustion si l'on pesait le carbone et l'oxygène avant la combustion et le CO² produit, on s'apercevrait que le carbone et l'oxygène pèsent à peine plus lourd que le gaz carbonique. Mais, multipliée par le carré de la vitesse de la lumière, la différence de masse produit cette chaleur bienfaisante qui nous réchauffe. Dans le cas de tels phénomènes chimiques où les énergies sont de quelques électronvolts, les pertes de masse passent inaperçues.

Ramené à 1000 tonnes de charbon, le défaut de masse des produits de combustion n'est que de 0,53 gramme. Ces différences de masses sont imperceptibles pour les plus précises de nos balances. C'est la raison pour laquelle la physique et la chimie classiques postulent que la masse se conserve : rien ne se perd, rien ne se crée.

[egtegt²]

La masse est une forme d'énergie et doit être prise en compte dans le bilan.
L'équivalence masse-énergie s'applique partout et en toute circonstance (par exemple pour des réactions chimiques).

Il me semble abusif de dire que la masse est une forme d'énergie, équivalence ne veut pas dire égalité.

[seba]

C'est pourtant ce qu'on peut lire.
Un peu je suppose comme l'énergie potentielle en mécanique.