Les transferts thermiques

Énergie interne

On note U l'énergie interne d'un système

L'énergie interne comprend:

Ec: microscopique: mesurée par la température

Ep: macroscopique, capacité de transformation du système

L'énergie totale d'un système est: Em + U

➥Em énergie mécanique

REMARQUE: On étudie toujours séparément les variations de Em et de U

1er principe de la thermodynamique

Le 1er principe de la thermodynamique est: δU = Q+W

➥δU: La variation d'énergie interne, Q: le transfert thermique, W: le travail

On simplifie l'équation pour la suite en considérant que le travail est nul

➥W = 0

On a donc: δU = Q

Différent types de transfert thermique

Conduction

Transfert d'énergie de proche en proche sans transfert de matière

Convection

Ne concerne que les fluides (liquides ou gaz)

Mouvement d'ensembles de fluides qui se déplacent à cause de leurs différences de température

Rayonnement

Rappel: une onde électromagnétique ne demande pas de support matériel pour se propager

Quand une matière crée ou absorbe un rayonnement, sa température se modifie

Capacité calorifique

C: la capacité calorifique d'un corps

On suppose que C est indépendant de la température

C est en J.Kg.K^-1 (K: Kelvin)

Formule du transfert thermique:

Q = m ✕ C ✕ δT = m ✕ C ✕ (T_finale -T_initiale )

Q: transfert thermique en J, m: masse en Kg, T: température

REMARQUE: On n'a pas besoin de convertir δT en Kelvin car on veut une différence

Si: T_final > T_initiale : Q>0, le système gagne de l'énergie

Si: T_final < T_initiale : Q<0, le système cède de l'énergie

Si: T_final = T_initiale : Q=0, Pas de transfert d'énergie

REMARQUE: Lors d'un changement d'état, il faut ajouter Q = m x L, car il y a de la chaleur latente

➥L: chaleur latente de changement d'état

Flux thermique

Conductivité thermique

sλ: la conductivité thermique d'un matériaux

Plus λ est élevé, plus le matériau conduit la chaleur, donc mois il est isolant

Flux thermique

S₁: surface à la température T₁ d'un cube

S₂: surface à la température T₂ du même cube

Le flux thermique se fait toujours du chaud vers le froid

Formule du transfert thermique:

$ φ = {Q}/{δ t}$

➥Q en joules et t en secondes

φ: flux thermique ou puissance thermique, en Watt

Résistance thermique

La résistance thermique d'un matériau par:

$ R_{th} = {T_1 -T_2}/{φ}$

➥T en Kelvin, φ en Watt (le transfert thermique)

La résistance thermique dépend de l'épaisseur du matériau, on a la relation suivante:

$ R_{th} = {e}/{(λ \; ✕ \; S)} $

e: épaisseur du matériau en m, S: surface en m²

Remarque: R_th en k*w^-1

-

Partagez ce cours !

Suivez Nicolas KRITTER sur google + ( cours inspiré de celui fait par le professeur de la classe)