La théorie de la conservation de l'énergie nous dit que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite. Elle peut seulement être transformée en différentes formes. L'énergie thermique est une énergie sous forme de chaleur, qui est transférée lorsqu'il y a une différence de température. L'énergie thermique ne peut qu'être transférée d'un corps à température plus élevée à un corps à température plus basse jusqu'à ce que les deux corps atteignent l'équilibre thermique, au cas où ce transfert est spontané.
Des millions de fiches spécialement conçues pour étudier facilement
Inscris-toi gratuitementLequel des éléments suivants n'est pas une méthode de transfert d'énergie thermique ?
Qu'est-ce que le transfert de chaleur par conduction ?
Lequel des paramètres suivants n'affecte pas le flux de chaleur ?
Lequel des éléments ci-dessous est un bon conducteur thermique
Lequel des éléments suivants n'est pas une méthode de transfert d'énergie thermique ?
Qu'est-ce que le transfert de chaleur par conduction ?
Lequel des paramètres suivants n'affecte pas le flux de chaleur ?
Lequel des éléments ci-dessous est un bon conducteur thermique
Achieve better grades quicker with Premium
Geld-zurück-Garantie, wenn du durch die Prüfung fällst
Review generated flashcards
pour commencer à apprendre ou créer tes propres flashcards d'IA
Commence à apprendre ou crée tes propres flashcards d'IA
Équipe enseignants Transfert thermique
Sauter à un chapitre clé
Les corps de différentes températures échangent de la chaleur. On appelle transfert thermique cet échange d'énergie. Étudions ses caractéristiques.
L'équilibre thermique est un état où des substances de matière ont atteint la même température et où il n'y a donc plus de transfert d'énergie thermique entre elles. Il s'agit d'une situation où la température est homogène, c'est-à-dire constante dans l'espace. Pour être en équilibre thermique, deux corps doivent être en contact l'un avec l'autre.
Une notion analogue est celle de condition isotherme. Dans ce cas, la température est statique, c'est-à-dire constante dans le temps.
Si un bloc de glace d'une température de \(-5°C\) est placé sur une table d'une température de \(25°C\), l'équilibre thermique sera-t-il atteint ?
Solution :
De l'énergie thermique sera transférée de la table à la glace en raison de la différence de température (ΔΤ) de \(30°C\), jusqu'à ce que ces deux objets atteignent l'équilibre thermique. L'équilibre thermique sera donc atteint lorsque ces deux objets auront la même température.
La température des deux régions sous le gradient de température actuel fournira la direction du transfert de chaleur. La direction de l'énergie thermique sera toujours du corps à température plus élevée vers le corps à température plus basse, lorsqu'il n'y a pas d'apport externe en travail mécanique dans le système. Dans l'exemple ci-dessus, la direction du transfert de chaleur est de la table vers la glace, car la table a une température plus élevée.
Note qu'un "gradient de température" est la variation de la température suivant les trois dimensions de l'espace.
Il y a trois méthodes principales par lesquelles le transfert de chaleur peut se produire. Il s'agit de la convection, de la conduction et du rayonnement.
Également connu sous le nom de transfert de chaleur par convection, il s'agit du transfert de chaleur par le mouvement d'un fluide qui peut être sous forme de gaz ou de liquide. Lorsqu'un fluide est en mouvement, l'énergie thermique est transférée par le déplacement des particules dans le fluide.
Prenons l'exemple d'un radiateur. L'air qui chauffe autour de lui se dilate (nous savons que généralement une substance qui se réchauffe, se dilate) et donc il devient moins dense que le reste des particules de l'air dans la chambre, car la masse volumique est inversement proportionnelle au volume de la substance. Puisque l'air autour du radiateur se dilate et son volume augmente, par conséquent, sa masse volumique diminue par rapport au reste de l'air se trouvant dans la chambre. Nous savons qu'un fluide moins dense flotte à la surface du fluide le plus dense, alors l'air chaud va monter et se distribuer au plafond de la chambre contrairement à l'air froid qui restera en bas.
Il s'agit d'un mode de transfert thermique qui se produit en raison des collisions entre les particules à l'intérieur d'un corps. Lorsque des particules entrent en collision les unes avec les autres, il se produit un transfert d'énergie cinétique, appelée énergie interne, qui est détecté au niveau macroscopique sous forme de chaleur.
Lorsqu'une casserole chaude est retirée de la cuisinière et placée sur une table, l'énergie thermique de la casserole chaude est transférée localement à la surface de la table par la collision des particules entre les deux surfaces.
Le rayonnement est un mode de transfert thermique sous forme de lumière ou d'ondes électromagnétiques. Ce type d'énergie est émis par certains matériaux qui nous entourent.
Un exemple de transfert de chaleur par rayonnement est le chauffage d'une pièce à partir de l'énergie thermique émise par un feu de cheminée. Dans cet exemple, le transfert de chaleur par conduction se produit également dans la pièce, mais à un taux plus faible.
Figure 1. Les trois modes de transfert de chaleur dans le cas d'un feu de camp.
Le coefficient de transfert thermique \(h\) est une propriété physique d'un objet ou d'une interface qui permet d'exprimer leur capacité à transmettre la chaleur par conduction thermique. Si le coefficient de transfert thermique est élevé, la chaleur sera transférée au sein d'un objet ou à l'interface entre deux objets plus facilement et plus rapidement.
La conductance thermique dépend de deux paramètres : l'épaisseur et la conductivité thermique des matériaux en question.
La conductivité thermique \(\gamma\), quant à elle, est une caractéristique d'un matériau, indépendamment de la taille de l'objet. Si l'on augmente l'épaisseur d'un mur en prenant un plus gros morceau du même matériau, la conductivité thermique reste la même : c'est toujours celle du matériau que l'on utilise, par exemple, du bois. Toutefois, le coefficient de transfert thermique diminue. En effet, une couche plus épaisse d'un matériau isole davantage la chaleur qu'une couche plus fine.
Tu as donc compris que l'épaisseur d'un objet tend à le rendre plus isolant. Mais, quelle influence à la surface ? Pour voir cela, prenons le flux de chaleur \(\Phi\). Il est équivalent à une puissance, car c'est un débit d'énergie, donc la dérivée temporelle de l'énergie (dans ce cas l'énergie thermique), ce qui correspond à une puissance.
Considérons un flux de chaleur traversant une surface \(S\), par exemple, le mur d'une maison. Si tu prends une plus grande surface \(S'>S\), c'est-à-dire une maison plus grande avec des murs plus longs et plus hauts, alors il y aura plus de surface de contact avec l'extérieur. Ainsi, il y aura plus de transfert thermique, donc, dans ce cas, plus de perte de chaleur vers l'extérieur.
Autrement dit, plus notre surface est grande, plus il y a de puissance ou de flux thermique. Ainsi, \[\Phi \propto S\]
De plus, tu te doutes bien que le flux thermique, comme son nom l'indique, augmente avec l'écart de température \(\Delta T\). \[\Phi \propto \Delta T\]
Ainsi, \(\Phi\) est proportionnel à \(S\) et à \(\Delta T\), ce qui se traduit mathématiquement par : \[\Phi \propto S \times \Delta T\]
Par l'introduction d'une constante de proportionnalité, nous pouvons transformer la proportionnalité en égalité. Mais, quelle serait cette constante ?
Si ta réponse était : "le coefficient de transfert thermique", tu as tout à fait raison ! Alors,
\[\boxed{\begin{align}\Phi&=h\cdot S \cdot \Delta T = h\cdot S\,(T_2-T_1)\end{align}}\]
N'oublie pas que :
Une casserole d'un diamètre de \(20 cm\) et d'une profondeur de \(5 cm\) est en train de chauffer. L'énergie est transférée par conduction du poêle au fond de la casserole à un taux de \(600 W\). La température résultante sur le fond extérieur de la casserole est de \(380 K\). Trouve le coefficient de conductivité thermique si la température de la surface intérieure du fond est de \(300 K\).
Solution
Nous devons d'abord trouver la surface en unités SI. Pour ce faire, nous convertissons \(20 cm\) en mètres, puis nous convertissons le diamètre en rayon pour trouver la surface, comme indiqué ci-dessous.
\[D=20 cm = 20 \times 10^{-2}m\]
\[R=\frac{D}{2} = 10 \times 10^{-2} = 0{,}1 m\]
\[S= \pi R^2 = \pi (0{,}1)^2 = 0{,}01\pi = 0{,}0314 \hspace{2px} m^2\]
Trouvons le coefficient de transfert de chaleur.
\[\Phi=h.S.\Delta T \rightarrow h=\frac{\Phi}{S.\Delta T} \rightarrow h= \frac{600}{0.0314 \times (380-300)}\]
\[\rightarrow\boxed{h=238{,}8\hspace{5px}W/m^2.K}\]
Inscris-toi gratuitement pour accéder à toutes nos fiches.
Comment se produit le transfert thermique ?
Le transfert thermique se produit par trois modes principaux : la conduction, la convection et le rayonnement.
Comment calculer le coefficient de transfert thermique ?
On calcule le coefficient de transfert thermique en divisant la puissance thermique Φ communiquée à une surface S par le produit de la norme de cette surface par la différence de température ΔT.
Comment calculer le flux de chaleur ?
On calcule le flux thermique Φ en multipliant le coefficient de transfert thermique h par la section de surface S et par la différence de température ΔT. (Φ = h.S.ΔT)
Quels sont les modes de transfert de chaleur ?
La conduction, la convection et le rayonnement.
Quel est le sens du transfert thermique ?
Le transfert thermique se dirige spontanément de la source chaude vers la source froide.
De Score
Accède à plus de 700 millions de ressources d'apprentissage
Étudie plus efficacement avec des flashcards
Obtiens de meilleures notes grâce l'IA
Tu as déjà un compte ? Connecte-toi
At StudySmarter, we have created a learning platform that serves millions of students. Meet the people who work hard to deliver fact based content as well as making sure it is verified.
Digital Content Specialist
Lily Hulatt is a Digital Content Specialist with over three years of experience in content strategy and curriculum design. She gained her PhD in English Literature from Durham University in 2022, taught in Durham University’s English Studies Department, and has contributed to a number of publications. Lily specialises in English Literature, English Language, History, and Philosophy.
Get to know Lily
AI Engineer
Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.
Get to know Gabriel
Resumes 
Flashcards 
StudySmarter IA 
Notes de cours 
Planning de révision 
Dossiers 
Examens 
Magazine 
Faire carrière 
App mobile