Exercices pour le cours de physique de Feynman
Exercice 33.15 Soit une sphère fine noire (de capacité calorifique négligeable) de
rayon R contenant du rayonnement du corps noir à la température T 0 . Si la sphère se
contracte adiabatiquement à un rayon R/2, de quel facteur f l’intensité du rayonnement
change-t-elle, vue par un observateur très éloigné ?
Exercice 33.16 Un cylindre de cuivre solide, noirci de 2,0 cm de long et 10,0 cm 2 à
sa base, est suspendu par un fil fin isolant au centre d’une cavité sphérique de 25,0 cm
de rayon, où l’on a fait le vide, et dont les murs sont noircis. Les murs de la cavité sont
maintenus à une température constante de 27 ◦ C.
(a) Si le cylindre de cuivre est en équilibre thermique avec la cavité, à quel taux dE/dt
rayonne-t-il de l’énergie sur les murs de la cavité ? Exprimer la réponse en J s −1 .
(b) Si le cylindre est chauffé à 150 ◦ C puis qu’il refroidit, quel est le taux de son refroidissement dT /dt lorsqu’il passe à la température T = 127 ◦ C ? (On supposera qu’à
tout moment toutes les parties du cuivre sont à la même température.)
Utiliser ρ Cu = 8950 kg m −3 , C P (Cu) = 390 J kg
−1 K
−1 .
Exercice 33.17 La densité au centre du Soleil est environ de 80 g cm −3 et la température centrale est d’environ 13 × 10 6 K. La matière est composée presque entièrement de
protons et d’électrons. Trouver la pression du gaz P G et la pression de radiation P R au
centre du Soleil.
Exercice 33.18 À 0 ◦ C, le volume spécifique de la vapeur d’eau saturante
est 206 m 3 kg
−1 . Quelle est la chaleur latente de vaporisation L en J kg
−1 à cette température ? (Déterminer dp/dT à partir de tables, calculer L, comparer avec les valeurs
des tables.)
Exercice 33.19
(a) User d’un argument thermodynamique pour montrer que si une substance se dilate
lorsqu’elle gèle, sa température de congélation doit diminuer lorsque la pression
augmente.
(b) Estimer la température la plus basse de la glace d’une patinoire pour qu’on puisse
patiner.
Exercice 33.20 Si un certain objet absorbe une fraction fixe A de tout le rayonnement
incident sur sa surface et réfléchit le reste, montrer qu’à la température T il émet une
quantité A σ T 4 par unité de surface, où σ est la constante de Stefan-Boltzmann pour le
rayonnement du corps noir, démontrée en Section 45-3, volume I du Cours de Physique
de Feynman
σ =
k 4 π 2
60 3 c 3 = 5,67 × 10
−8 W m
−2 K
−4 .
Exercice 33.21 Un corps noir de rayon r à la température T est entouré d’une fine
coquille de rayon R, noire des deux côtés. Trouver de quel facteur f ce bouclier de
rayonnement réduit le taux de refroidissement du corps. (On considérera que le vide a
été fait dans l’espace de la sphère et qu’il n’y a pas de pertes par conduction.)
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Exercice 33.15 Soit une sphère fine noire (de capacité calorifique négligeable) de
rayon R contenant du rayonnement du corps noir à la température T 0 . Si la sphère se
contracte adiabatiquement à un rayon R/2, de quel facteur f l’intensité du rayonnement
change-t-elle, vue par un observateur très éloigné ?
Exercice 33.16 Un cylindre de cuivre solide, noirci de 2,0 cm de long et 10,0 cm 2 à
sa base, est suspendu par un fil fin isolant au centre d’une cavité sphérique de 25,0 cm
de rayon, où l’on a fait le vide, et dont les murs sont noircis. Les murs de la cavité sont
maintenus à une température constante de 27 ◦ C.
(a) Si le cylindre de cuivre est en équilibre thermique avec la cavité, à quel taux dE/dt
rayonne-t-il de l’énergie sur les murs de la cavité ? Exprimer la réponse en J s −1 .
(b) Si le cylindre est chauffé à 150 ◦ C puis qu’il refroidit, quel est le taux de son refroidissement dT /dt lorsqu’il passe à la température T = 127 ◦ C ? (On supposera qu’à
tout moment toutes les parties du cuivre sont à la même température.)
Utiliser ρ Cu = 8950 kg m −3 , C P (Cu) = 390 J kg
−1 K
−1 .
Exercice 33.17 La densité au centre du Soleil est environ de 80 g cm −3 et la température centrale est d’environ 13 × 10 6 K. La matière est composée presque entièrement de
protons et d’électrons. Trouver la pression du gaz P G et la pression de radiation P R au
centre du Soleil.
Exercice 33.18 À 0 ◦ C, le volume spécifique de la vapeur d’eau saturante
est 206 m 3 kg
−1 . Quelle est la chaleur latente de vaporisation L en J kg
−1 à cette température ? (Déterminer dp/dT à partir de tables, calculer L, comparer avec les valeurs
des tables.)
Exercice 33.19
(a) User d’un argument thermodynamique pour montrer que si une substance se dilate
lorsqu’elle gèle, sa température de congélation doit diminuer lorsque la pression
augmente.
(b) Estimer la température la plus basse de la glace d’une patinoire pour qu’on puisse
patiner.
Exercice 33.20 Si un certain objet absorbe une fraction fixe A de tout le rayonnement
incident sur sa surface et réfléchit le reste, montrer qu’à la température T il émet une
quantité A σ T 4 par unité de surface, où σ est la constante de Stefan-Boltzmann pour le
rayonnement du corps noir, démontrée en Section 45-3, volume I du Cours de Physique
de Feynman
σ =
k 4 π 2
60 3 c 3 = 5,67 × 10
−8 W m
−2 K
−4 .
Exercice 33.21 Un corps noir de rayon r à la température T est entouré d’une fine
coquille de rayon R, noire des deux côtés. Trouver de quel facteur f ce bouclier de
rayonnement réduit le taux de refroidissement du corps. (On considérera que le vide a
été fait dans l’espace de la sphère et qu’il n’y a pas de pertes par conduction.)
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