Question:
Si je me tenais à côté d'un morceau de métal chauffé à un million de degrés, mais dans un vide parfait, aurais-je chaud?
Peter_Browning
2019-07-14 19:39:33 UTC
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Un de mes amis m'a dit que si vous vous teniez à côté d'une plaque de métal à des millions de degrés, dans un vide à 100%, vous ne sentiriez pas sa chaleur.Est-ce vrai?Je comprends le raisonnement selon lequel il n'y a pas d'air, donc pas de convection, et à moins que vous ne le touchiez, il n'y a pas non plus de conduction.Je pose plus de questions sur le rayonnement thermique qu'il émet.

Les commentaires sont destinés à être de brefs messages pour [fournir des commentaires, ajouter des informations mineures, demander des éclaircissements ou discuter du * contenu du message *] (https://physics.stackexchange.com/help/privileges/comment).Les commentaires qui sont en fait des réponses à la question seront supprimés.
Huit réponses:
Chiral Anomaly
2019-07-14 20:53:44 UTC
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Je m'interroge davantage sur le rayonnement thermique émis par celui-ci.

Voici une estimation quantitative.

Supposons que la plaque chauffante soit restée intacte assez longtemps pour faire l'expérience. Pour une estimation approximative, nous pouvons traiter la plaque de métal chaud comme un corps noir. Selon la loi de déplacement de Wien, le rayonnement électromagnétique émis par un corps noir à la température $ T $ est le plus fort à la longueur d'onde $$ \ lambda = \ frac {b} {T} \ quad b \ environ 2,9 \ fois 10 ^ {- 3} \ \ mathrm {m \ cdot K}. \ tag {1} $$ La puissance totale émise par unité de surface est donnée par la loi Stefan-Boltzmann $$ \ frac {P} {A} = \ sigma T ^ 4 \ quad \ sigma \ environ 5,7 \ fois 10 ^ {- 8} \ \ mathrm {\ frac {W} {m ^ 2 \ cdot K ^ 4}}. \ tag {2} $$ Pour $ T = 10 ^ 6 \ \ mathrm K $ , ces estimations donnent $$ \ lambda \ environ 2,9 \ fois 10 ^ {- 9} \ \ mathrm m $$ et $$ \ frac {P} {A} \ environ 5,7 \ fois 10 ^ {16} \ \ mathrm {\ frac {W} {m ^ 2}}. $$ Cette longueur d'onde est de l'ordre des rayons X, et ce niveau de puissance est plus d'un billion de fois l'énergie qu'une personne sur terre recevrait du soleil s'il n'y avait pas de nuages et pas d'air.

Le sentiriez-vous? Je ne suis pas sûr. Probablement très brièvement.

Compte tenu de la lenteur des signaux nerveux par rapport à la lumière, je suis presque sûr que vous ne le sentirez pas:
Est-il juste d'approcher un métal avec un corps noir?Les métaux communs ont-ils une émissivité élevée à des températures élevées (alors qu'ils ne sont toujours pas vaporisés)?
@Ruslan.Réfraser un commentaire de l'utilisateur Fattie: «Sûrement et évidemment le problème que le métal ne serait pas un métal, - * ou un corps noir, ou vaporisé * - à cette température, n'est pas le point de la question.
Il y a encore des questions sur la taille de l'assiette et la distance entre la personne et l'assiette.Une plaque d'un million de Kelvin sur un mètre carré à 150 millions de km ne fera pas grand chose car son rayonnement se répandra sur la sphère dont il est le centre.
@J.Manuel Même ainsi le commentaire de Ruslan est toujours juste s'ils se demandent si cela aurait un effet majeur sur la réponse.
@Ian OP a précisé que la personne testée se tiendrait «à côté de l'assiette» et a mentionné «mais pas la toucher».La distance est donc de 0,1 à 1 mètre.
@Ruslan Même si la plaque n'émettait que 0,1% de ce que vous attendez du rayonnement du corps noir, cela ne changerait pas beaucoup à ces échelles.
De plus, même si nous ignorons le rayonnement, la plaque métallique explosive vous vaporisera avant que vous ne ressentiez quoi que ce soit.À un million de degrés, il n'y a pas de plaque de métal, il n'y a que du plasma chaud et dense ...
@J.Manuel À ces températures, nous entrons dans le domaine de la matière «exotique».Les électrons seront libres (assez), cela signifie un corps noir.
@Aron Je veux dire, vous vous concentrez sur la mauvaise idée.Lorsque deux amis discutent, ces chiffres ridicules visent à faire valoir un point.Dans ce cas, "* la chaleur ne peut pas être transférée par le vide, ou elle est simplement transférée de manière minimale par le rayonnement *" qui est la principale préoccupation de l'OP, et la réponse courte à cela est "* non, c'est possible *".Donc, 100000 degrés n'est pas le point ici.Cette réponse va plus loin en donnant même un aperçu de ce qui se passerait si vous vous teniez à côté de «quelque chose (n'importe quoi)» à 1000000 degrés: vous seriez probablement atomisé.
J.Manuel Oooo les électrons ont des énergies relativistes!Ainsi, le rayonnement Tchérenkov commencerait également à prendre en compte!
Tomáš Zato - Reinstate Monica
2019-07-15 14:27:47 UTC
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Les autres réponses expliquent bien pourquoi votre ami se trompe dans ce cas.Je veux juste souligner comment vous pouvez tous les deux parvenir facilement à la même conclusion sans connaître une grande partie de la physique impliquée:

La surface du Soleil est d'environ 6000 degrés (Celsius et Kelvin).Il est séparé de vous par 150 millions de kilomètres de vide, mais vous pouvez le sentir clairement.Il s'ensuit que vous pourriez aussi ressentir des températures plus élevées, jusqu'au point où vous ne pouviez rien ressentir du tout.

Bien que cela soit vrai, cela ne suit pas.Sans une connaissance plus large, nous pourrions conclure que si l'atmosphère qui nous entoure est chauffée, l'espace au-delà ne l'est pas.
@Strawberry Je ne comprends pas ce que vous dites.Faites-vous une distinction entre les endroits où il y a quelque chose à chauffer (l'atmosphère) et ceux où il n'y a rien (l'espace extra-atmosphérique)?Si c'est le cas, où que vous soyez, il y a par définition quelque chose à chauffer.Si vous dites simplement qu'ils pourraient être quelque chose de spécial dans l'atmosphère qui absorbe la chaleur là où un corps humain ne le ferait pas, il n'y a aucune raison a priori de penser cela.
Sentir le Soleil depuis la Terre ne concerne pas la température de surface du Soleil, n'est-ce pas?Il me semble qu'il s'agit du rayonnement des réactions nucléaires là-bas.
@Dronz non, si vous voulez dire les rayons gamma.Vous ne ressentez pas les rayons gamma sous forme de chaleur.C'est un rayonnement thermique que vous pouvez ressentir sous forme de chaleur.Et le rayonnement thermique est une conséquence directe de la température de surface.
@Džuris Oh, donc tout ce qui a une surface aussi grande à cette température irradierait autant de rayonnement thermique, indépendamment de l'intérieur (même si la surface est le résultat de l'intérieur dans ce cas)?(Et serait-il juste de dire que le rayonnement thermique est de la lumière?)
@Dronz Exactement.De plus, seule une fraction relativement petite du rayonnement pénètre dans les couches supérieures du soleil, la plupart rebondit à l'intérieur et je crois se convertit en un rayonnement de plus grande longueur d'onde, comme l'infrarouge.
@Strawberry * "tandis que l'atmosphère qui nous entoure est chauffée, l'espace au-delà ne l'est pas." * C'est le point, cependant - la température de l'atmosphère est élevée à quelques centaines de Kelvin plus chaude qu'elle ne le serait si elle n'était pas chauffée par le Soleil,et le Soleil est beaucoup plus froid et plus éloigné que l'objet supposé par la question.Si un objet avec une température de surface de 6000 kelvin séparés par 150 millions de km de vide peut chauffer quelque chose de quelques centaines de kelvin, alors un objet à un million de degrés kelvin à une distance de seulement un mètre environ aurait certainement un effet de chauffage notable..
Comme Dronz, je suis un peu déconnecté ici.Le noyau terrestre est également à environ 6000 K et beaucoup plus proche.Pourtant, nous ne sommes pas bronzés par son rayonnement corporel noir.Ne pas dire que je ne voudrais pas profiter de la chaleur géothermique qui réchauffe ma maison en hiver :-) Juste un peu surpris que le soleil ne soit "qu'un corps noir à 6000K".
@JyrkiLahtonen, Le rayonnement du noyau terrestre est arrêté par les couches de métal et de roche au-dessus du noyau.L'énergie doit être transférée par conduction, ce qui prend beaucoup de temps avec quelque chose d'aussi massif qu'une planète.C'est aussi pourquoi la surface du Soleil n'est que de 6kK au lieu de 15MK.
@JyrkiLahtonen La * surface * du Soleil par rapport au * noyau * de la Terre.Si vous exposiez par magie le noyau de la Terre, il brillerait en effet autant que le Soleil.Notez que le "bronzage" n'est pas le point de toute façon, puisque c'est la partie qui * ne * pas * vient de la surface - les niveaux d'UV semblables au soleil ont besoin de températures plus élevées que celles du noyau de la Terre.Mais ce double n'a pas d'importance, car vous ne ressentez pas les UV sous forme de chaleur de toute façon - c'est pourquoi il est si facile d'attraper un coup de soleil par temps légèrement couvert;la lumière visible et infrarouge (la plus grande partie de la «chaleur» que nous ressentons) est facilement absorbée et diffusée par des nuages même minces, contrairement aux UV.
Merci @Luaan.Ouais, parler de "bronzage" était obtus.
Merci @MichaelS.Cela chiffres.J'imagine que j'étais juste un peu surpris que la température de surface du Soleil (ou celle de cette «plaque» imaginaire) soit la seule chose qui compte.
@anaximander _ température de surface de 6000 kelvin séparés par 150 millions de km_ - Rappelez-vous que le soleil est énorme.Si vous deviez prendre un morceau de métal chauffé à 6000 kelvin et le mettre à 150 millions de km de vous, vous ne le remarqueriez même pas.Cela ne libérerait même pas une fraction de l'énergie du soleil.
@forest Correct.L'objet * n * fois la taille du soleil devrait être * n * fois plus proche si je ne me trompe pas avec les maths.
orion
2019-07-14 20:44:42 UTC
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Votre ami a complètement tort.Tenez compte des éléments suivants:

  1. La température dont vous parlez est très élevée, aucun métal ne serait à l'état solide à la température dont vous parlez.Donc, avant que votre assiette n'atteigne des millions de degrés, elle aurait fondu bien avant.

  2. Votre compréhension est correcte en termes de rayonnement thermique.Le rayonnement du Soleil atteint la Terre et il y a un vide entre les deux.Donc, si vous avez un objet aussi chaud que vous en parlez, il émettra de l'énergie de rayonnement thermique par unité de temps selon l'équation de Stefan-Boltzmann.Et rappelez-vous que le taux de rayonnement émis est proportionnel à la quatrième puissance de température, donc doubler la température augmenterait le taux de 16 fois.Vous pouvez calculer l'énergie atteignant par unité de surface de votre peau et découvrir ce qui va se passer!

Ne voulez-vous pas dire que l'assiette va se sublimer au lieu de fondre, puisque la température est au-dessus de son point d'ébullition?
@Ferrybig Comme OP n'a pas mentionné la vitesse à laquelle la température est élevée à des millions de degrés, je n'ai donc pas supposé que la température augmenterait soudainement à des millions de degrés.Je conviens qu'aucun des OP n'a mentionné que la température augmente lentement pour permettre au métal de fondre, donc je suppose que je comprends votre point.C'est juste que je n'avais pas l'impression, étant donné l'intention de la question, d'être trop technique sur des choses qui importent peu au message global que la réponse devrait véhiculer.Parfois, j'ai l'impression que le fait d'être trop technique quand il n'y a pas besoin de tuer l'objectif de transmettre la perspicacité
Assez drôle, dans ce cas, je pense que cela pourrait sublimer;mais pas pour les raisons suggérées par ferrybig.Cela dépend aussi probablement fortement du métal, je n'ai pu trouver que rapidement des informations sur le fer.Si vous supposez un vide réellement parfait, [le fer n'a pas de phase liquide à ces pressions] (https://en.wikipedia.org/wiki/Allotropes_of_iron#/media/File:Pure_iron_phase_diagram_ (EN) .svg) donc il se sublimerait,au moins au début.La pression partielle de la vapeur de fer pourrait être suffisante pour que le reste commence à fondre de toute façon une fois qu'une partie de celle-ci s'est évaporée.
@JMac Eh bien, c'est un bon point, je n'ai pas pensé dans ce sens.Merci d'avoir posté.
@Ferrybig ça va totalement ioniser au lieu de sublimer.
@OrangeDog Vous pourriez probablement dire qu'il fera les deux.Il commencerait par sublimer au début du chauffage;mais une fois qu'il commence à atteindre des températures plus élevées, je ne pense pas qu'il soit raisonnable de supposer que c'est un solide, un liquide ou un gaz.
Peter Teoh
2019-07-15 12:00:46 UTC
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Un de mes amis m'a dit que si vous vous teniez à côté d'une assiette de un métal qui est chaud à des millions de degrés, dans un vide à 100%, vous pas sentir sa chaleur. Est-ce vrai?

Pas vrai. Le concept de «chaleur» - selon Feynman est le «tremblement de l'atome». Dans la plage de basse température, ces secousses auront besoin de conduction / convection comme mode de transmission de son énergie - afin de transmettre la "chaleur" par "secousses" inter-atomiques.

D'un autre côté, ces «secousses» ne doivent pas être seulement l'atome lui-même, mais peuvent être les électrons qui commutent entre les niveaux d'énergie. Ces commutations entre les niveaux d'énergie des électrons émettront toutes sortes d'ondes EM (en fonction des plages de température). Certains d'entre eux sont des ondes infrarouges. Même votre grille-pain lorsqu'il est chaud émettra des ondes infrarouges, qui PEUVENT transmettre par le vide. Tout comme le soleil - dont l'énergie nous atteint par un vide poussé. Ou votre peau - et la lumière infrarouge est visible la nuit sur les lunettes de vision nocturne.

Remarque: comme quelqu'un a souligné que le rayonnement du corps noir se produisait à toutes les températures - Vrai. (ce sont les ondes EM émises comme mentionné ci-dessus)

Vous voudrez peut-être changer la partie où vous indiquez que le tremblement des objets à basse température nécessite une convection / conduction.Tous les objets émettent un rayonnement de corps noir.L'intensité / l'énergie dépend de la température - c'est pourquoi les prédateurs à vision infrarouge peuvent voir la chaleur de leurs proies, tandis que les choses chauffées à quelques centaines de degrés brillent en rouge, et pourquoi les choses chauffées deviennent encore plus blanches.Il peut ne pas être * visible * à des températures plus basses, mais le rayonnement se produit toujours.
Loren Pechtel
2019-07-16 00:43:07 UTC
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En fait, votre ami a probablement raison, mais pour la mauvaise raison.Cette énergie va vous faire frire en très peu de temps - et tuera probablement les nerfs avant qu'ils ne puissent dire "chaud!"

N'oubliez pas que l'énergie passe à la 4e puissance de température.100 fois la température du soleil équivaut à 100 millions de fois l'énergie.Il ne fait aucun doute que cela suffit pour vous tuer très rapidement, la seule incertitude que j'ai ici est de savoir si vous percevrez quelque chose avant que cela n'arrive.

Pourquoi les votes négatifs?C'est en fait la réponse la plus correcte.Être proche de quelque chose qui est plus de cent fois la température de surface du Soleil va vous faire vous sentir mort (quoi que ce soit comme).
+1 à zéro, mais c'est toujours une mauvaise réponse car cela n'explique pas pourquoi.Voir la réponse la plus votée pour un exemple du même point bien fait
Vous ne percevriez rien avant que cela n'arrive.L'énergie que vous recevriez serait plus grande que si vous étiez assis sur une bombe à hydrogène, et naturellement l'onde de pression d'une bombe se propage bien plus lentement que la lumière.
@forest Le problème est de savoir à quelle vitesse les nerfs peuvent détecter et à quelle vitesse les signaux se déplacent le long des nerfs.Les signaux les plus rapides ne sont que d'environ 120 m / s et il faut également du temps au cerveau pour traduire cette impulsion en sensation.
jjoonathan
2019-07-16 23:32:31 UTC
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Le rayonnement thermique serait en effet un problème, mais il y a quelques facettes intéressantes de cette question et de sa réponse qui sont obscurcies par l'hyperbole. Il est instructif de décoller l'hyperbole pour en savoir plus.

Tout d'abord, "millions de degrés" n'est pas compatible avec le "métal" dans un sens familier. Le fer bout à 2862 ° C. Le tungstène fond à 3422 ° C et bout à 5930 ° C [1]. À des millions de degrés, vous auriez une boule de plasma en expansion rivalisant avec son propre rayonnement thermique pour exploser et vous tuer. Nous pourrions postuler que quelque chose limite le plasma, et dans ce cas, le rayonnement thermique vous ferait cuire en peu de temps, comme expliqué dans d'autres réponses.

Cependant, je pense que votre ami a peut-être pensé à un phénomène très réel qui est souvent obscurci par les programmes d’introduction à la physique. Je ne le vois pas mentionné ici, mais il a littéralement et métaphoriquement brûlé de nombreuses personnes, il vaut donc la peine de reformuler la question afin de mettre en évidence ce phénomène.

"Si vous agitez votre main près d'un bloc d'aluminium à 660 ° C, juste en dessous de sa température de fusion, ressentez-vous la chaleur, en supposant que le transfert de chaleur par convection est négligeable?"

Nous sommes familiers avec les objets chauds dans la vie quotidienne et nous nous attendons intuitivement à ce que les objets chauds rayonnent de la chaleur. La loi de Stefan-Boltzmann nous dit combien de puissance par zone un corps noir émet, et de nombreux objets de notre vie quotidienne sont convenablement approximés par des corps noirs. En supposant que l'aluminium se comporte comme un corps noir - ce dont vous devriez maintenant vous méfier - vous pouvez vous attendre intuitivement à ressentir approximativement la puissance / la zone de chaleur rayonnée suivante lorsque vous passez la main:

$$ \ frac {P} {A} = \ sigma T ^ 4 \ environ (5,67 \ cdot 10 ^ {- 8}) (273 + 660) ^ 4 \ environ 4,3 W / cm ^ 2 $$

Vous ne ressentiriez que 3% de cela. Vous pourriez supposer à tort que l'aluminium a une température basse, le toucher et vous brûler. Beaucoup l'ont fait.

La raison en est simplement que de nombreux matériaux dans de nombreuses conditions ne se comportent pas comme des corps noirs. L'aluminium est une valeur aberrante notoire. Le rapport du rayonnement thermique réel émis au rayonnement du corps noir est appelé émissivité thermique et varie un peu selon les matériaux, les finitions de surface, etc.

https://en.wikipedia.org/wiki/Emissivity

En laboratoire, cela a des conséquences pratiques. Vous ne pouvez pas lire la température des surfaces métalliques brillantes à travers une caméra thermique, car ces surfaces se comportent comme des miroirs et non comme des bâtons lumineux indiquant la température. Vous pouvez résoudre ce problème en ajoutant de petits patchs noirs à toutes les parties brillantes que vous devez mesurer.

Je me surprends au moins une fois par an en assemblant un circuit, en le regardant à travers une caméra thermique pour la première mise sous tension, en tendant la main pour allumer une alimentation et en sautant en arrière au saut soudain de température dû à la vue de mon bras réflexion thermique dans les composants brillants.

[1] Tiré directement des pages wikipedia pour Iron and Tungsten. Je crois que ces températures supposent un vide mais ne l'ont pas vérifié. Quoi qu'il en soit, je ne m'attendrais pas à ce que P = 1atm modifie fondamentalement la discussion.

PackSciences
2019-07-14 19:42:23 UTC
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Vous ressentiriez le rayonnement de son corps noir car il s'agit d'une onde électromagnétique et n'a pas besoin d'un support physique pour se propager.De plus, «100% vide» n'est pas une définition rigoureuse de l'état de votre système.

La réponse serait la même, que vous soyez ou non dans un ultra-vide ou à 500 atmosphères.Vous mourriez instantanément de toute façon.
@forest Vous avez raison, je viens de signaler un problème dans la définition de la question, même si cela n'a pas d'influence sur le résultat.
@forest Eh bien en fait à 500 atmosphères, il y aurait transfert conductoconvectif
jacob
2019-07-17 03:37:13 UTC
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Les réponses du corps noir sont correctes, mais je tiens à souligner que personne n'a expliqué la quantité de matière présente.Si vous aviez un gaz métallique avec 100 atomes obéissant à une distribution Maxwell-Boltzman à la température indiquée, vous ne sentiriez rien.

100 atomes peuvent difficilement être décrits comme une "plaque de métal" comme spécifié dans la question
Étant donné que la plaque est un disque de rayon X, à 1 mètre de la personne, se rapprochant du Soleil comme un disque de rayon de 700 Mm, à 150 Mm de la personne, on obtient [1 m = X² × 15,6 × 10¹⁵ ÷ 441] (https://www.wolframalpha.com/input/?i=1%3D(10%5E6+K%2F6*10%5E3+K)%5E4*(150*10%5E6+km+%2F1+m)%5E2*(X + m% 2F700 * 10% 5E3 + km)% 5E2), ce qui nous donne [X = 170 nm] (https://www.wolframalpha.com/input/?i=1%3D15.625*10%5E15 + X% 5E2% 2F441) pour égaler l'intensité du Soleil.À propos de [la taille d'un virus] (https://www.wolframalpha.com/input/?i=1.7*+10%5E-7+m).(Rayon de 1 μm avec de l'aluminium à 3% d'émissivité.) Je ne pense pas que ce soit ce que l'OP avait en tête.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
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