Thme 2 t e s i Lo les

Thème 2 : t e s i Lo les è d o m

LM 18 TRANSFERT THERMIQUE D’ENERGIE.

I - DESCRIPTION DE LA MATIERE. La description de la matière peut être réalisée à l’échelle microscopique et macroscopique. 1) L’échelle microscopique: L’approche microscopique décrit le comportement individuel des constituants d’un système (atomes, molécules, particules…). L’énergie microscopique comprend : • Leur énergie cinétique microscopique due au mouvement engendré par l’agitation thermique; • Leur énergie potentielle due aux interactions électromagnétiques, forte et faible entre les particules qui constituent le système.

2) L’échelle macroscopique L’approche macroscopique décrit le comportement de l’ensemble des constituants d’un système à une échelle facilement accessible à l’être humain. Sa description passe par l’utilisation de grandeurs physiques comme la quantité de matière, la pression, le volume et la température. L’énergie macroscopique comprend : L’énergie macroscopique comprend • • l'énergie cinétique globale du système l'énergie potentielle du système en interaction avec son environnement.

II - TRANSFERTS THERMIQUES. 1) Définition d'un transfert thermique Un transfert thermique est un échange d'énergie thermique irréversible qui a lieu d'une source chaude vers une source froide uniquement. pas t s e ' de n e e s u s q i e t herm luer la vi t t de r e n f a s o i v n t é Un tra né. Pour tilise la no ta u instan sferts, on an ces tr rmique. he flux t

2) Trois modes de transfert a) Conduction Dans ce type de transfert, nécessitant un milieu matériel, l’énergie est transportée sans déplacement de matière de proche en proche grâce aux chocs répétés de ses constituants les uns sur les autres. e d e p ci n i r p u é t d i t n n o ua ati q c i l a l p p e à d e L’a n é o iqu ati l v p r p e a s nt con e m e e s v i u u o q s e l de m u i c s i t s r u a a p deux nt permet fert s e t n u a r c t r pe ce r e u liq d’exp ue. iq therm

b) Convection Dans ce type de transfert, nécessitant un milieu matériel, l’énergie est transportée par des mouvements de matière (au sein d’un gaz ou d’un liquide) grâce aux chocs répétés de ses constituants les uns sur les autres. L’app l quan ication d u t parti ité de mo principe d c u comp ules qui s vement e conser v a e r (asso endre qu percute ppliquée ation de nt la à c e élevé iée au co la partic permet deux d r u e mou ) va tran ps ayant le la plus e ve la s a (asso ment à férer une tempéra gitée la p c t élevé iée au co particule artie de ure la pl u s rps a e) yant la moins a quantit s la te é de mpé agitée ratur e la m oins

c) Rayonnement Dans ce type de transfert, ne nécessitant pas de milieu matériel, l’énergie est transportée par des ondes électromagnétiques. L'én e nous rgie ther m par c parvient ique dé grâc g eluici. e au agée pa x ray r onne le Solei l men ts ém is

III) Variation d'énergie interne lors d’un transfert thermique d’un système condensé. Au cours de l'évolution d'un système, la variation de l'énergie interne est liée à la variation de la température par la relation suivante : ΔU=C⋅ΔT Avec : ØΔU la variation d'énergie interne due à la variation de température (en J) ØC la capacité thermique (en J. K− 1) Capaci té therm ØΔT la variation de température (en K) iq L u a capac ité therm e d'énerg ie qu'il f ique est la qua aut ntit pour au gmente fournir à un sy é r s st ou d'un degré C a température ème d'u elsius. S joule pa on unité n kelvin r kelvin es (J − 1 Celsius (J. °C − 1. K ) ou le joule t le ). par deg ré

IV) Flux thermique Le flux thermique, noté Φ, est une puissance qui traduit la vitesse du transfert énergétique. Il est défini par la relation suivante : Φ=ΔEQ/Δt Avec : ØΦ le flux thermique (en watt (W)) ØΔEQ la variation d'énergie thermique pendant Δt (en J) ØΔt la durée du transfert (en s)

Cas d'une paroi plane:

Exemples de conductivité thermique:

Résistance thermique Entre les bornes A et B d'un conducteur électrique de résistance R soumis à une tension électrique UAB, un courant électrique d’intensité I circule. D'après la loi d'Ohm : UAB = RI soit VA – VB = RI Cette relation traduit le fait qu’une différence de potentiel VA - VB est à l’origine d’un courant électrique I. Mais celui-ci dépend aussi de la capacité du dipôle à s’opposer au passage du courant : c’est la résistance R. De la même manière, une différence de température TA - TB peut être à l’origine d’un transfert d’énergie Φ. Mais celui-ci dépend de la capacité de la paroi à s’opposer à ce flux : c’est la résistivité thermique Rth : TA − TB = Rth. Φ avec Rth = e /(λ. S)

V) BILANS ENERGETIQUES Par convention, une énergie cédée au milieu extérieur est comptée négativement et une énergie reçue du milieu extérieur est comptée positivement.

Exemple:

FIN LM 18