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cours Transfert thermique lla.

Publié le 18/01/2013

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Transfert d'énergie thermique 1. Transmission de la chaleur : Le transfert d'énergie thermique entre deux corps s'effectue toujours du corps chaud vers le corps froid. Pour estimer la rapidité du transfert de chaleur, on définit le flux thermique ??par la relation : t Q ? ??? 2. L'énergie interne : 2.1 La convection : 2.1.1. Mise en évidence expérimentale : Lors de la mise en contact du corps chaud avec le corps froid, on observe un mouvement d'ensemble des molécules. 2.1.2. Principe de la convection Le fluide (liquide ou gaz) chaud est moins dense sur le fluide froid. Le fluide chaud se met alors en mouvement ascendant : il y a mouvement de matière. Application : le chauffage par radiateur ou par plancher chauffant utilise ce principe. Joule (J) Seconde (s) Joule par seconde (J.s-1) Glaçon coloré 2.2 La convection : 2.2.1. Mise en évidence expérimentale : Les morceaux de cire fondent les uns après les autres. L'échantillon le plus proche fond le premier, puis le suivant et ainsi de suite. 2.2.2. Principe de la conduction : Le transfert de chaleur par conduction s'effectue de proche en proche sans transport de matière. Il s'agit du mode de chaleur de matière dans les solides. 2.2.3. Conductivité thermique et résistance thermique : Expérience : Activité élève avec dispositif en étoile. Conclusion : Tous les matériaux ne conduisent pas la chaleur de la même manière. Définition : La conductivité thermique ??(« lambda «) d'une matériau exprime sa capacité à conduire la chaleur. Plus la conductivité thermique est petite, plus le materiau est isolant. La conductivité thermique s'exprime en W.m-1.K-1 Matériau ??(W.m-1.K-1) Béton 1,75 Bois 0,12 Polystyrène 0, 039 Verre 1,2 Cire Définition : La résistance thermique Rth d'une paroie indique sa capacité à ralentir le tranfert thermique. On la définit par la relation : ? e RTh ? 2.2.4. Flux thermique et résistance thermique : Analogie électricité/transfert thermique : Electricité Transfert thermique Tension électrique (ou différence de température) Différence de température Courant électrique (débit d'électrons traversant la section S du fil) Flux thermique surfacique (flux thermique par unité de surface) Résistance électrique (capacité du dipôle à s'opposer au passage du courant) Résistance thermique (capacité du matériau à s'opposer au transfert thermique Le fil de section S Le matériau de surface S U = R×I ??????= Rth × ?/S Considérons une paroi pleine d'aire S, d'épaisseur e. La surface chaude de la paroi est à la température TC, la paroi froide à la température Tf. Le flux thermique par unité de surface est lié à la résistance thermique Rth du matériau par la relation : th C f th s R T T R T S ? ??????????? 2.3 Le rayonnement : 2.3.1 Mise en évidence expérimentale : 2.3.2 Principe du rayonnement : Tout corps porté à une haute température émet des radiations qui se propagent dans tous milieux (même le vide) et qui transporte de l'énergie. Rappel : Une radiation est caractérisée par sa longueur d'onde ??et qui s'exprime en m. A NE PAS CONFONDRE AVEC LA CONDUCTIVITE D'UN MATERIAU. mètre (m) Watt par mètre et par Kelvin (W.m-1.K-1) Mètre carré Kelvin par watt (m2.K.W-1) TC Tf Face chaude Face froide Flux thermique W.m-2 W m² K m2.K.W-1 Sonde de température dans cloche à vide

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