Feuille d'entraînement : Rayonnement thermique

Corrigés

1. Exercice 1Banque PT Physique B PT 2023, Q15

   Pour rediriger le rayonnement solaire incident vers la chaudière au sommet de la tour, la normale \vec{n} au miroir plan doit être orientée selon la bissectrice de l'angle entre la direction d'incidence des rayons solaires et la direction de la tour (d'après la loi de Snell-Descartes de la réflexion).

   Soit \theta l'angle d'incidence entre les rayons solaires et la normale \vec{n} au miroir. L'angle entre la direction du Soleil et celle de la tour est donc égal à 2\theta.

   La puissance solaire interceptée par le miroir dépend de sa surface projetée orthogonalement aux rayons incidents, appelée surface efficace :

   S_{\text{eff}} = S \cos\theta

   Le flux thermique capté par un héliostat de surface physique S s'écrit alors :

   \boxed{\Phi = \Phi_{\mathrm{S}}\, S \cos\theta}

   Puisque \theta > 0 dès que le Soleil, le miroir et la tour ne sont pas alignés, on a \cos\theta < 1. La puissance captée et renvoyée est ainsi réduite par le facteur géométrique \cos\theta, ce qui justifie l'appellation d'effet cosinus.

   Résultat

   $$\Phi ={\Phi }_{\mathrm{S}}S\cos \theta$$

   Indice, stratégie et pièges de cette question