PHYSIQUE APPLIQUEE - CHOLET Renaudeau - La Mode - L’Hyrôme
Accueil du site > Première STI2D > Habitat > Gestion de l’énergie dans l’habitat > Transferts thermiques, flux thermique, résistance thermique, (...)

Transferts thermiques, flux thermique, résistance thermique, caractéristiques thermiques des matériaux.

dimanche 11 décembre 2011, par jbernaud

Transferts thermiques : conduction, convection, rayonnement. Flux thermique, résistance thermique. Caractéristiques thermiques des matériaux - Prévoir le sens d’un transfert thermique entre deux systèmes dans des cas concrets ainsi que leur état final.
- Décrire qualitativement les trois modes de transferts thermiques en citant des exemples.
- Réaliser expérimentalement le bilan thermique d’une enceinte en régime stationnaire.
- Expliciter la dépendance entre la puissance rayonnée par un corps et sa température.
- Citer le lien entre la température d’un corps et la longueur d’onde pour laquelle l’émission de lumière est maximale.
- Mesurer l’énergie échangée par transfert thermique.

I°) Transfert thermique (voir activité1)( source Wikipédia)

Le transfert d’énergie par chaleur se réalise généralement par une combinaison de plusieurs modes. Il se fait toujours de la source chaude vers la source froide.

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 du chauffage d’un solide par radiation, la transmission de chaleur sera une combinaison de radiation et de conduction. C’est le cas du verre d’une vitre chauffée par le rayonnement solaire ; le transfert étant combiné avec une convection naturelle de l’air, derrière la vitre d’une pièce.

Parfois le transfert thermique s’accompagne d’un transfert de matière. Par exemple, dans le cas de l’ébullition d’un liquide, une partie du liquide subit un changement d’état physique et le gaz ainsi créé se sépare du liquide.

Il y existe trois modes de transfert :

Conduction : Le transfert par conduction est un échange d’énergie avec contact quand il existe un gradient de température (variation progressive de la température) au sein d’un système.

Convection : 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 thermique provoque le mouvement.
  • Convection forcée : un dispositif mécanique entraine les molécules vers le dispositif chauffant. Le mouvement favorise le transfert thermique.

Les lois sont très différentes dans les deux cas.

Exemples de transfert par convection : échange de chaleur dans des radiateurs à circulation d’eau ou d’air (convection forcée), refroidissement d’une tasse de liquide chaud en soufflant dessus (convection forcée), diffusion de l’air chaud au-dessus d’un radiateur électrique (convection naturelle s’il n’y a pas de soufflerie dans le radiateur).

Rayonnement (radiation) : Le transfert se fait par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge). Le transfert peut se réaliser dans le vide sans la présence de matière. L’exemple caractéristique de ce type de transfert est le rayonnement du soleil dans l’espace.

Exemples de transfert par rayonnement : système de chauffage dit par radiant

II°) Flux thermique

Le flux thermique est la quantité d’énergie thermique qui traverse une surface isotherme par unité de temps. Il s’exprime en J/s donc en W.

Il est appelé « puissance thermique » pour les équipements thermiques tels que les radiateurs.

III°) Résistance thermique

site pour information

3.1) Conductibilité thermique

se lit lambda.

Cela correspond à la capacité d’un matériau à conduire la chaleur. Plus lambda est faible plus le matériau est isolant, cet indice s’exprime en W/(K.m).

3.2) Résistance thermique

Cette valeur évalue la capacité du matériau à ralentir le transfert thermique, elle évalue la conductivité du matériau pour une épaisseur donnée.

IV°) Caractéristiques du rayonnement thermique voir activité 2

  • La puissance rayonnée par un corps est proportionnelle à la puissance 4 de sa température.
  • La longueur d’onde pour laquelle l’émission de lumière est maximale, est inversement proportionnelle à la température .
SPIP | squelette | | Plan du site | Suivre la vie du site RSS 2.0