🔎 Transfert thermique : définition et explications

UNE transfert de chaleur cela devrait être appelé Transfert thermique ou transfert de chaleur est un transit d'énergie sous forme de microscopie désordonnée.

On dit que deux corps ayant la même température sont en "équilibre thermique". Si leur Température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Au quotidien, elle est liée aux sensations de froid et de chaleur, provenant de …) est différent (En mathématiques, le différent est défini dans la théorie des nombres algébriques pour mesurer le défaut possible de …), le corps le plus chaud cèdeénergie (Au sens commun, l'énergie désigne tout ce qui permet de réaliser une œuvre, de produire de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) au corps le plus froid: il y a Transfert thermique (Un transfert de chaleur qui devrait être appelé transfert thermique ou transfert de chaleur est un transit d'énergie sous forme de microscopie désordonnée.), ou par chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent une signification équivalente: quelle chaleur!).

L'étude des transferts de chaleur complète l'étude des thermodynamique (La thermodynamique peut être définie de deux manières simples: la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La première définition …) en décrivant comment se déroule le transfert d'énergie. Contrairement à la thermodynamique, la thermocinétique fournit des informations sur le mode de transfert situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit une place dans un cadre …) de déséquilibré ainsi que sur les valeurs de flux de chaleur (Le flux de chaleur est une transmission de chaleur (ou d'énergie thermique) à travers un corps. Le flux de chaleur est exprimé en W / m2.).

Général: évolution de deux corps en contact

Soit deux objets A et B indéformable dans une système parfaitement isolé thermiquement et mécaniquement ayant les caractéristiques suivantes:

Objet (En général, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace tridimensionnel, qui a une fonction précise, et qui peut être désignée par une étiquette verbale. Elle …) À	Objet B
Le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une quantité qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) V_À	Volume V_B
Température T_À	Température T_B
Masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux quantités attachées à un corps: l'une quantifie l'inertie du corps (masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (masse …) m_À	Masse m_B
Chaleur spécifique c_Pennsylvanie	Chaleur spécifique c_pB

Conformément au premier principe de la thermodynamique, nous avons:

$dU = delta Q + delta W ,$

Les objets sont donc indéformables

$delta W = 0 ,$

Le système est donc isolé

$dU = 0 ,$

Q_À et Q_B étant respectivement les énergies thermiques reçues par l'objet A et par l'objet B

$Rightarrow delta Q = 0 = Q_A + Q_B ,$

$Rightarrow Q_A = -Q_B ,$

Le deuxième principe de la thermodynamique permet d'écrire la relation suivante classeur (Un liant est un produit liquide qui agglomère des particules solides sous forme de poudre. Dans le domaine de la peinture, il permet au pigment d'une peinture de …) les entropies des objets A et B:

$dS = dS_A + dS_B ,$

$dS> 0 ,$

par définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.)

$dS = frac { delta Q} {T} ,$

$Rightarrow dS = frac { delta Q_A} {T_A} + frac { delta Q_B} {T_B} ,$

Nous pouvons écrire:

$delta Q_A left ( frac {1} {T_A} - frac {1} {T_B} right)> 0 ,$

Sachant que

$delta Q = m cdot C_p cdot dT ,$

$Rightarrow m_A cdot C_ {pA} cdot dT_A left ( frac {1} {T_A} - frac {1} {T_B} right)> 0 ,$

$delta Q_B left ( frac {1} {T_B} - frac {1} {T_A} right)> 0 ,$

$Rightarrow m_B cdot C_ {pB} cdot dT_B left ( frac {1} {T_B} - frac {1} {T_A} right)> 0 ,$

$T_A> T_B ,$

Donc

<img class = "imgWiki tex" src = "https://www.techno-science.net/illustration/Definition/inconnu/c/ccd3870fc9387bc90aefd54c6de1ed82.png" alt = " left { begin {matrix} dT_A <0 Rightarrow delta Q_A< 0, \ dT_B> 0 Rightarrow delta Q_B> 0, end {matrix} right. , »/>

Donc, l'objet A abandonne de l'énergie et l'objet B gagne de l'énergie. L'objet le plus chaud donne de l'énergie au plus d'objet du froid (Le froid est la sensation opposée du chaud, associée aux basses températures.). Le système étant isolé, l'objet le plus froid reçoit autant d'énergie que l'objet le plus chaud abandonne.

$delta Q_A = - delta Q_B ,$

Modes de transferts thermiques

Il existe trois modes de transfert:

Conduction: la chaleur passe d'un corps à l'autre, par contact.
Convection: un corps en mouvement enlève la chaleur qu'il contient. le montant (La quantité est un terme générique en métrologie (compte, montant); un scalaire, un vecteur, un nombre d'objets ou d'une autre manière de nommer la valeur d'un …) la chaleur transportée peut être importante, notamment en cas de changement de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs sens, il est utilisé dans plusieurs domaines et principalement en physique 🙂.
Radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple: infrarouge) ou par désintégration (par exemple: radioactivité …) (Rayonnement): tous les corps émettent lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles à l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement …), en fonction de leur température, et se chauffent par la lumière qu'ils reçoivent.

Conduction

Le transfert par conduction est un échange d'énergie avec contact lorsqu'il y a un gradient de température dans un milieu.

L'énergie se diffuse dans un milieu, la température augmente progressivement (par exemple, si une cuillère est dans un plat chaud et que sa queue dépasse, la chaleur est transmise à la queue de la cuillère par conduction).

Dans une gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et presque indépendants. A l'état gazeux, la matière n'a ni sa propre forme ni son propre volume: un gaz a tendance à occuper …) ou une liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, le matériau est facilement déformable mais difficile à comprimer.), l'énergie se propage par contact direct entre les molécules sans pour autant déplacement ((
En géométrie, un déplacement est une similitude qui préserve les distances et les angles orientés.
En psychanalyse, le déplacement est un mécanisme de défense qui déplace la valeur, et …) molécules remarquables. Dans un solide, la vibration de des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, "qui ne peut pas être divisé") est la plus petite partie d'un corps simple …) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en français (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui appartiennent soit au genre Accipiter, soit constituent les 5 …) de leur position se transmet pas à pas.

Dans le cas des cristaux, les vibrations du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un réseau (un réseau est un "petit réseau", c'est-à-dire un …) présentent des hétérogénéités qui forment des "particules", les phonons. Ces phonons interagissent avec des électrons libres, ce qui explique pourquoi le conductivité thermique (La conductivité thermique est une grandeur physique caractérisant le comportement des matériaux lors du transfert de chaleur par conduction. Cette constante apparaît par …) et électriques sont liés (par exemple, les métaux sont de bons conducteurs deélectricité (L'électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, manifestées par l'énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui …) et chaleur).

Exemples de transfert par conduction: transfert à travers un mur, gelé (La congélation est appelée toute technique visant à faire passer un produit à l'état solide par des techniques de refroidissement forcé. Nous …) depuis le sol hiver (L'hiver est l'une des quatre saisons dans les zones tempérées.).

Représentation schématique du transfert de chaleur par conduction "longdesc =" / wiki / Image: Conduction_chaleur.png "src =" https://www.techno-science.net/illustration/Definition/500px/Conduction-chaleur.png "width =" 500 "hauteur =" 191

Représentation schématique de transfert de chaleur (Un transfert de chaleur qui devrait être appelé transfert thermique ou transfert de chaleur est un transit d'énergie sous forme de microscopie désordonnée.) par conduction

Convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où elle est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide. Ainsi pendant …)

Définition: transfert d'énergie qui s'accompagne d'un mouvement de molécules dans un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. Nous regroupons sous ce nom des gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et des liquides, …) (liquide ou gaz).

Convection naturelle (ou libre): l'échange de chaleur est responsable du mouvement. Le transfert de chaleur provoque un mouvement.
Convection forcée: il y a projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques pour représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane …) par un appareil mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres …) molécules sur le radiateur. Le mouvement provoque un 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), la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion renvoie à un concept de "distribution", de "mise à disposition" (diffusion d'un produit, information), voire de "vaporisation" (diffuseur …) au-dessus d'un radiateur électrique (convection naturelle s'il n'y a pas de ventilateur dans le radiateur).

Voir l'article développé: Convection

Convection naturelle	Convection forcée
Représentation schématique de la convection naturelle	Représentation schématique de la convection forcée

Radiation (Le rayonnement, synonyme de rayonnement en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.)

Représentation schématique du transfert de chaleur par rayonnement

Définition: transfert d'énergie sans matière (La matière est la substance qui compose tout corps avec une réalité tangible. Ses trois états les plus courants sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe l'espace …). Le transfert se fait par un rayonnement électromagnétique (Le rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électriques et magnétiques.) (par exemple: infrarouge). Le transfert peut en effet avoir lieu dans le vide (Le vide est généralement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.). L'exemple caractéristique de ce type de transfert est le rayonnement du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type nain jaune, et composée …) dans l'espace.

Exemple de transfert de rayonnement: chauffe-eau (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.) dit par radieux, Sun.

C'est ici loi de Stefan-Boltzmann (En physique, la loi de Stefan-Boltzmann (1) établit que la puissance totale rayonnée par unité de surface dans le demi-espace libre du corps noir (exitance énergétique (2) du corps noir) est exprimée par .. .) (ou la loi de Stefan) qui quantifie ces échanges. L'énergie rayonnée par un corps s'écrit:

$E = epsilon S sigma T ^ 4 ,$

avec

$sigma ,$ : Constante de Stefan-Boltzmann (La constante Stefan-Boltzmann (du nom des physiciens Jo? Ef Stefan et Ludwig Boltzmann), a noté (la lettre grecque sigma), intervient pour exprimer la relation entre …) = 5,6703. dix^-8 W.m^-2.K^-4
$epsilon ,$ : coefficient (En mathématiques, un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme), un espace …) qui est 1 pour un corps noir (En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température. En pratique, un tel objet …) et qui est compris entre 0 et 1 selon l'état de zone (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs significations, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent indûment confondu avec sa mesure, …) de Matériel (Un matériau est un matériau d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc un matériau de base …).
$S ,$ : surface corporelle
$T ,$ : température corporelle en Kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont des noms communs et sont écrits en minuscules …)

Si le corps récepteur reflète certaines longueurs d'onde ou est transparent pour d'autres, seules les longueurs d'ondevague (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant à son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter …) absorbé contribuent à son équilibre thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et …). Si par contre le corps récepteur est un corps noir, c'est-à-dire qu'il absorbe tout le rayonnement électromagnétique, alors tout le rayonnement contribue à son équilibre thermique.

Combinaison (Une combinaison peut être 🙂 modes de transfert

Le transfert de chaleur est généralement effectué par une combinaison de plusieurs modes.

Par exemple, le système chauffage central (On parle de chauffage central lorsque l'on chauffe plusieurs pièces d'un immeuble ou d'une maison à partir d'un seul point de cet immeuble grâce à un générateur de chaleur, la chaudière, à l'aide …), combine la convection (généralement forcée) pour chauffer le fluide Chaudière (Une chaudière est un appareil (ou même une installation industrielle, selon sa puissance), permettant un transfert continu d'énergie thermique vers un fluide caloporteur (la plupart …), la conduction pour chauffer les parois du radiateur et la convection (généralement naturelle) pour chaufferair (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. En raison de la diminution de la pression de l'air avec …) autour du radiateur. Dans le cas du chauffage d'un solide (non transparent à sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui vise à prolonger radicalement l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement de …) strict du terme) par rayonnement, la transmission de chaleur sera une combinaison de rayonnement et de conduction. C'est le cas de verre (Le verre, dans le langage courant, fait référence à un matériau dur, cassant (cassant) ou à un alliage transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est …) chauffé par le radiation solaire (En plus des rayons cosmiques (particules animées d'une vitesse et d'une énergie extrêmement élevées), le Soleil rayonne des ondes électromagnétiques qui …). Dans ce cas, le transfert peut également être combiné avec une convection naturelle derrière la vitre d'une pièce.

Notez que parfois le transfert de chaleur s'accompagne d'un transfert de matière. Par exemple, c'est le cas avecébullition (L'ébullition est la formation de bulles lors d'un changement violent d'un corps de l'état liquide à l'état de vapeur. Ce phénomène est une vaporisation.) une partie du liquide subit une transformation de phase et le gaz ainsi créé se déplace.

Grandeurs physiques

Flux (Le mot flux (du latin fluxus, flow) désigne généralement un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, …) évoluant dans un sens commun. En savoir plus …) thermique

Le flux de chaleur est la quantité del'énérgie thermique (L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation désordonnée de ses molécules et atomes. Transferts d'énergie thermique …) qui traverser (Une traverse est un élément fondamental de la voie. C'est une pièce placée en travers de la voie, sous les rails, pour maintenir l'espacement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges des véhicules circulant sur le …) une surface isotherme par unité de temps (Le temps est un concept développé par les humains pour comprendre le changement dans le monde.). Elle est appelée «puissance thermique» pour les équipements thermiques tels que les radiateurs.

$Phi = frac {dQ} {dt} ,$

Le flux s'exprime en:

Watt: W (SI);
calories par seconde: kcal.s^-1 (unité utilisée par les thermiciens).

Densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa densité à la densité d'un corps prise comme référence. Le corps de …) flux de chaleur

La densité de flux de chaleur (ou flux de chaleur de surface) est le flux de chaleur par unité de surface. La densité du flux thermique est exprimée en watt (Le watt (symbole W) est une unité dérivée du système international de puissance. Un watt est la puissance d'un système …) par mètre carré (Le mètre carré (symbole m²) est l'unité de surface du système international.) (W.m^-2).

$varphi = frac {d Phi} {dS} = frac {1} {S} frac {dQ} {dt} ,$