Transfert thermique

Infos
Un transfert de chaleur qu'il convient d'appeler transfert thermique ou transfert par chaleur est un transit d'énergie microscopique désordonnée. En fait cela correspond à un transfert d'agitation thermique des particules au gré des chocs aléatoires entre particules, qui se produisent à l'échelle microscopique. Deux corps ayant la même température sont dits en « équilibre thermique ». Si leur température est différente, le corps
Transfert thermique

Un transfert de chaleur qu'il convient d'appeler transfert thermique ou transfert par chaleur est un transit d'énergie microscopique désordonnée. En fait cela correspond à un transfert d'agitation thermique des particules au gré des chocs aléatoires entre particules, qui se produisent à l'échelle microscopique. Deux corps ayant la même température sont dits en « équilibre thermique ». Si leur température est différente, le corps le plus chaud cède de l'énergie au corps le plus froid : il y a transfert thermique, ou par chaleur. L'étude des transferts thermiques complète l'étude de la thermodynamique en décrivant la manière dont s'opère le transfert d'énergie. À la différence de la thermodynamique, la thermocinétique fournit des informations sur le mode de transfert en situation de non équilibre ainsi que sur les valeurs de flux de chaleur.

Généralité : évolution de deux corps en contact

Soit deux objets A et B indéformables dans un système parfaitement isolé thermiquement et mécaniquement ayant les caractéristiques suivantes : center Conformément au premier principe de la thermodynamique nous pouvons écrire: :dU=\delta\ Q\ +\delta\ W\,
-Les objets sont indéformables donc :\delta\ W\ =0\,
-Le système est isolé donc :\delta\ Q\ = 0 \, Si δQA et δQB sont respectivement les énergies thermiques élémentaires échangées entre l'objet A et l'objet B, faisant partie du système isolé. :\delta\ Q\ =\delta\ Q_A\ + \delta\ Q_B\ = 0 D'où :\delta\ Q_A\ = - \delta\ Q_B\, Le deuxième principe de la thermodynamique permet d'écrire la relation suivante liant les entropies des objets A et B : :dS(syst)= dS_A +dS_B\ > 0, puisque le système est isolé. par définition. :dS= \frac\delta\ Q\, :\Rightarrow dS(syst)= \frac\delta\ Q_A+ \frac\delta\ Q_B\, Nous pouvons écrire : :\delta\ Q_A\ \left( \frac- \frac\right) > 0\, Si : T_A> T_B\, Cela signifie que: :\delta\ Q_A < 0 \, et donc que :\delta\ Q_B > 0 \, D'après la règle des signes, on conclut que l'objet A cède de la chaleur à l'objet B. L'objet le plus chaud cède donc de la chaleur à l'objet le plus froid.

Les modes de transferts thermiques

Il y a trois modes de transfert : :
-Conduction : la chaleur passe d'un corps à un autre, par contact. :
-Convection : un corps qui se déplace emmene la chaleur qu'il contient. La quantité de chaleur ainsi transportée peut être importante, notamment dans le cas d'un changement de phase. :
-Radiation (Rayonnement) : tous les corps emettent de la lumière, en fonction de leur température, et se font eux-mêmes chauffer par la lumière qu'ils reçoivent.

Conduction

Le transfert par conduction est un échange d'énergie avec contact quand il existe un gradient de température au sein d'un système. Dans un gaz ou un liquide, l'énergie se propage par contact direct entre molécules sans déplacement notable de molécules. Dans un solide, la vibration des atomes autour de leur position se transmet de proche en proche. Dans le cas des cristaux, les vibrations du réseau présentent des hétérogénéités qui forment des « particules », les phonons. Ces phonons interagissent avec les électrons libres, ce qui explique que la conductivité thermique et électrique soient liées (par exemple, les métaux sont des bons conducteurs d'électricité et de chaleur). Exemples de transfert par conduction : transfert à travers une paroi, congélation du sol en hiver. Représentation schématique du transfert de chaleur par conduction

Convection

Définition : transfert d'énergie qui s'accompagne de mouvement de molécules dans un fluide (liquide ou gaz). :
-Convection naturelle (ou libre) : l'échange de chaleur est responsable du mouvement. Le transfert de chaleur provoque le mouvement. :
-Convection forcée : il y a projection par un dispositif mécanique des molécules sur le dispositif chauffant. Le mouvement provoque le transfert de chaleur. On notera que les lois sont extrêmement différentes dans les 2 cas. Exemple de transfert par convection : échange entre chaud et froid dans des échangeurs (convection forcée), refroidissement d'une tasse de liquide chaud en soufflant dessus (convection forcée), diffusion au-dessus d'un radiateur électrique (convection naturelle s'il n'y a pas de soufflerie dans le radiateur). Voir l'article développé : Convection

Rayonnement

Représentation schématique du transfert de chaleur radiation Définition : transfert d'énergie sans matière. Le transfert se fait par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge). Le transfert peut en effet se réaliser dans le vide. L'exemple caractéristique de ce type de transfert est le rayonnement du soleil dans l'espace. Exemple de transfert par rayonnement : Système de chauffage dit par radiant, Soleil. C'est la loi de Stefan-Boltzmann (ou loi de Stefan) qui permet de quantifier ces échanges. L'énergie rayonnée par un corps s'écrit : :E = \epsilon S \sigma T^4 \, avec
-\sigma \, : constante de Stefan-Boltzmann = 5, 6703 . 10-8 W.m-2.K-4
-\epsilon \, : coefficient qui vaut 1 pour un corps noir et qui est compris entre 0 et 1 selon l'état de surface du matériau.
- S \, : surface du corps
-T \, : température du corps en Kelvin Si le corps récepteur réfléchit certaines longueurs d'ondes ou est transparent à d'autres, seules les longueurs d'onde absorbées contribuent à son équilibre thermique. Si par contre le corps récepteur est un corps noir, c'est-à-dire qu'il absorbe tous les rayonnements électromagnétiques, alors tous les rayonnements contribuent à son équilibre thermique.

Combinaison des modes de transfert

Le transfert par chaleur se réalise généralement par une combinaison de plusieurs modes. Par exemple, le système chauffage central, combine la convection (en général forcée) pour chauffer le fluide dans la chaudière, la conduction pour chauffer les parois du radiateur et la convection (en général naturelle) pour chauffer l'air autour du radiateur. Dans le cas d'un chauffage d'un solide (non transparent au sens strict du terme) par radiation, la transmission de chaleur sera une combinaison de radiation et de conduction. C'est le cas du verre chauffé par le rayonnement solaire. Dans ce cas, le transfert pourra être également combiné avec une convection naturelle derrière la vitre d'une pièce. On notera que parfois le transfert thermique s'accompagne d'un transfert de matière. Par exemple, c'est le cas de l'ébullition une partie du liquide subit une transformation de phase et le gaz ainsi créé se déplace.

Grandeurs physiques

Flux thermique

Le flux thermique est la quantité d'énergie thermique qui traverse une surface isotherme par unité de temps. Il est appelé « puissance thermique » pour les équipements thermiques tels que les radiateurs. :\Phi= \frac\, Le flux s'exprime en :
- Watt : W (SI) ;
- calorie par seconde : kcal.s-1 (unité utilisée par les thermiciens).

Densité de flux thermique

La densité de flux thermique (ou flux thermique surfacique) c'est le flux thermique par unité de surface. La densité de flux thermique s'exprime en watt par mètre carré (W.m-2). :\varphi= \fracd\Phi= \frac \frac\, Si la densité de flux est uniforme sur la surface considérée : :\varphi= \frac\Phi\,

Coefficient global de transmission thermique

En régime permanent, la relation qui lie le flux avec les températures de deux objets en contact peut s'écrire en utilisant la relation suivante : :\Phi= KS(T_A-T_B)\, :
-S en m^2 :
-T en Kelvin (K) :
-K en W. m^.K^ Le coefficient K caractérisant le milieu dans lequel s'effectuera le transfert. On peut faire une analogie avec la relation électrique : (U_A-U_B)= RI\, :(T_A-T_B)= \frac \cdot\ \Phi\, Où 1/KS représente la résistance thermique que l'on peut noter Rth (K.W-1). Par analogie avec les lois électriques, nous pouvons faire le schéma suivant : center

Voir également

- Gradient
- Température
- Isolant
- Transferts thermiques dans le bâtiment Catégorie:Transfert de chaleur Catégorie:Énergie cs:Šíření tepla de:Wärmeübertragung en:Heat transfer es:Transferencia de calor fa:انتقال گرما fi:Lämmönsiirto nl:Warmteoverdracht sl:Prevajanje toplote zh:热传导
Sujets connexes
Chaleur   Chaleur spécifique   Chaudière   Chauffage central   Convection   Corps noir   Cristal   Entropie   Fluide   Gaz   Gradient   Infrarouge   Isolant   Isotherme   Joseph Stefan   Kelvin   Liquide   Loi de Stefan-Boltzmann   Masse   Matière   Molécule   Mètre carré   Métal   Particule (physique)   Phonon   Radiateur   Règle des signes (thermodynamique)   Seconde (temps)   Surface   Système thermodynamique   Temps   Température   Thermodynamique   Transferts thermiques dans le bâtiment   Verre   Volume   Watt  
#
Accident de Beaune   Amélie Mauresmo   Anisocytose   C3H6O   CA Paris   Carole Richert   Catherinettes   Chaleur massique   Championnat de Tunisie de football D2   Classement mondial des entreprises leader par secteur   Col du Bonhomme (Vosges)   De viris illustribus (Lhomond)   Dolcett   EGP  
^