transferts de chaleur -...
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Transferts de chaleur
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Température et chaleur
La température : C'est une grandeur physique qui caractérise le degrés d'agitation thermique des particules constituant la matière. Elle se mesure à l'aide d'un thermomètre. La chaleur : C'est un transfert d'energie thermique.
Entre deux corps de températures différentes il peut y avoir un échange de chaleur jusqu'à ce que les deux corps soient à la même température, c'est à dire jusqu'à l'équilibre thermique.
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Les 3 modes de transfert de chaleur
Convection Rayonnement Conduction
Le transfert d'énergie thermique (de chaleur) entre deux corps s'effectue toujours du corps chaud vers le corps froid, selon trois modes de transfert possibles :
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La convection
La convection est un mode de transfert thermique qui s'effectue dans un fluide (gaz ou liquide) avec un déplacement de matière.
Le fluide chaud est plus léger que le fluide froid et monte, laissant la place à de la matière plus froide qui va s'échauffer à son tour...
→ Le film illustrant ce phénomène ←
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Le rayonnement
Le transfert d'énergie par les ondes électromagnétiques est appelé rayonnement
→ Le réchauffement par rayonnement ←
Selon la nature du photon reçu par la matière il peut il avoir soit transformation chimique, soit agitation des particules élémentaires, c'est à dire un échauffement de la matière.
→ Film : rayonnement du soleil ←
Et l'effet de serre alors ??? Qu'estce que c'est ?
→ Dessin animé expliquant le principe de l'effet de serre ←
→ Une animation pour plus de détails... ←
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La conduction
La conduction est un mode de transfert thermique, qui s'effectue sans transport de matière.
L'agitation des particules élémentaires se transmet de proche en proche.
La grandeur qui caractérise le comportement d'un matériau lors d'un transfert thermique par conduction est sa conductivité thermique :
λ qui s'exprime en W.m1.°C1
→ Animation : conduction thermique ←
Exemples :
λcuivre
= 386 W.m1.°C1
λfer
= 73 W.m1.°C1
λverre
= 1,2 W.m1.°C1
λbois
= 0,2 W.m1.°C1
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Le flux thermique
Un corps chaud échange avec l'extérieur, pendant une durée Δt, la quantité de chaleur Q, selon les trois modes de transfert thermique...
Le flux de transfert thermique est défini par :
=QΔt
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Le flux thermique
Un corps chaud échange avec l'extérieur, pendant une durée Δt, la quantité de chaleur Q, selon les trois modes de transfert thermique...
Le flux de transfert thermique est défini par :
=QΔt
Quantité de chaleur en Joule
C'est une Energie
Durée en secondes
Flux de transfert thermique en
Watt
C'est une Puissance
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Coefficient de transmission thermique
θC
θF
θF <
θ
C
Le flux dépend de plusieurs facteurs :
La différence de température entre les deux milieux
La surface qui sépare les deux milieux
La matière qui sépare les deux milieux.
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Coefficient de transmission thermique
θC
θF
θF <
θ
C
=K G .S.θC−θF
Coefficient de transmission thermique global en W.m2.°C1
Caractéristique de la matière qui sépare les deux milieux
Surface de séparation en m2
Flux de transfert thermique en Watt
Ecart de température en °C
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Résistance thermique
A l'inverse quand c'est la qualité d'isolation thermique qui nous intéresse, dans le cas de vétements chauds (protégeant du froid), ou dans l'habitat, on s'intéresse davantage à la notion de résistance thermique :
R G=1
K G
La résistance thermique caractérise la propriété d'un matériau à « résister au flux de chaleur »...
Quelle est son unité ?
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Résistance thermique
A l'inverse quand c'est la qualité d'isolation thermique qui nous intéresse, dans le cas de vétements chauds (protégeant du froid), ou dans l'habitat, on s'intéresse davantage à la notion de résistance thermique :
R G=1
K G
La résistance thermique caractérise la propriété d'un matériau à « résister au flux de chaleur »...
Quelle est son unité ? RG s'exprime en m2.°C.W1.
Pour les vètements, on utilise une autre unité : 1 clo = 0,155 m2.°C.W1
...Qui permet de maintenir l'équilibre thermique d'une personne au repos dans une pièce à 21°C
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Transfert de chaleur à travers un mur
Q
Epaisseur e (en m)
ϕ =QΔt
=S.(θC−θF )
R
R est la résistance thermique de la paroi, elle indique sa capacité à ralentir le transfert de chaleur.
Plus sa valeur est grande plus la paroi est isolante.
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Transfert de chaleur à travers un mur
Q
Epaisseur e (en m)
ϕ =QΔt
=S.(θC−θF )
R
R est la résistance thermique de la paroi, elle indique sa capacité à ralentir le transfert de chaleur.
Plus sa valeur est grande plus la paroi est isolante.
R est proportionnelle à l'épaisseur « e » du matériau, et inversement proportionnelle à la conductivité thermique « » du λmatériau.
R =eλ
Epaisseur du mur en m
Résistance thermique en m2.K.W1
Conductivité thermique en W.m1.K1
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A vous de jouer !
→ Quelle est la résistance thermique de la couche de béton (d'épaisseur 20 cm) sachant que la conductivité thermique du béton est : λ
béton = 0,17 W.m1.K1
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A vous de jouer !
→ Quelle est la résistance thermique de la couche de béton (d'épaisseur 20 cm) sachant que la conductivité thermique du béton est : λ
béton = 0,17 W.m1.K1
Rbéton =e
λ béton
=0,2
0,17= 1,2 m².K.W −1
10/01/12 Marie Pierrot Lycée du Rempart 17
A vous de jouer !
→ Quel est le flux de transfert thermique à travers un m² de la couche de béton ?
→ Quelle est la résistance thermique de la couche de béton (d'épaisseur 20 cm) sachant que la conductivité thermique du béton est : λ
béton = 0,17 W.m1.K1
Rbéton =e
λ béton
=0,2
0,17= 1,2 m².K.W −1
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A vous de jouer !
→ Quel est le flux de transfert thermique à travers un m² de la couche de béton ?
→ Quelle est la résistance thermique de la couche de béton (d'épaisseur 20 cm) sachant que la conductivité thermique du béton est : λ
béton = 0,17 W.m1.K1
Rbéton =e
λ béton
=0,2
0,17= 1,2 m².K.W −1
=S.θC−θF
Rbéton
=1. 19,91−19,45
1,2= 0,38W
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A vous de jouer !
→ Quel est le flux de transfert thermique à travers un m² de la couche de béton ?
→ A votre avis, quel est le flux de transfert thermique à travers un m² de la couche de matériau isolant « Néopor » ?
→ Quelle est la résistance thermique de la couche de béton (d'épaisseur 20 cm) sachant que la conductivité thermique du béton est : λ
béton = 0,17 W.m1.K1
Rbéton =e
λ béton
=0,2
0,17= 1,2 m².K.W −1
=S.θC−θF
Rbéton
=1. 19,91−19,45
1,2= 0,38W
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A vous de jouer !
→ Quel est le flux de transfert thermique à travers un m² de la couche de béton ?
→ A votre avis, quel est le flux de transfert thermique à travers un m² de la couche de matériau isolant « Néopor » ?
→ Quelle est la résistance thermique de la couche de béton (d'épaisseur 20 cm) sachant que la conductivité thermique du béton est : λ
béton = 0,17 W.m1.K1
Rbéton =e
λ béton
=0,2
0,17= 1,2 m².K.W −1
=S.θC−θF
Rbéton
=1. 19,91−19,45
1,2= 0,38W
Exactement le même puisque il faut bien que la quantité de chaleur qui va traverser le bloc de Néopor aie traversé au préalable la couche de béton... Et c'est aussi la quantité de chaleur qui traverse le mur entier !
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A vous de jouer !
→ En déduire la résistance thermique de la couche de Néopor et la comparer à celle du béton.
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A vous de jouer !
→ En déduire la résistance thermique de la couche de Néopor et la comparer à celle du béton.
Rneopor =S.θC−θF
=
1.19,45−9,91
0,38= 25,1 m².K.W −1 ≫Rbéton
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A vous de jouer !
→ Quelle est la résistance thermique des couches de Néopor et de béton réunies ?
→ En déduire la résistance thermique de la couche de Néopor et la comparer à celle du béton.
Rneopor =S.θC−θF
=
1.19,45−9,91
0,38= 25,1 m².K.W −1 ≫Rbéton
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A vous de jouer !
→ Quelle est la résistance thermique des couches de Néopor et de béton réunies ?
R neoporbéton =S.θC−θF
Rneopor béton =1. 19,91−9,91
0,38= 26,3 m².K.W −1
→ En déduire la résistance thermique de la couche de Néopor et la comparer à celle du béton.
Rneopor =S.θC−θF
=
1.19,45−9,91
0,38= 25,1 m².K.W −1 ≫Rbéton
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A vous de jouer !
→ Quelle est la résistance thermique des couches de Néopor et de béton réunies ?
R neoporbéton =S.θC−θF
Rneopor béton =1. 19,91−9,91
0,38= 26,3 m².K.W −1
→ Que peuton remarquer ?
→ En déduire la résistance thermique de la couche de Néopor et la comparer à celle du béton.
Rneopor =S.θC−θF
=
1.19,45−9,91
0,38= 25,1 m².K.W −1 ≫Rbéton
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A vous de jouer !
→ Quelle est la résistance thermique des couches de Néopor et de béton réunies ?
R neoporbéton =S.θC−θF
Rneopor béton =1. 19,91−9,91
0,38= 26,3 m².K.W −1
→ Que peuton remarquer ?
R neopor +béton = R neopor+R béton
→ En déduire la résistance thermique de la couche de Néopor et la comparer à celle du béton.
Rneopor =S.θC−θF
=
1.19,45−9,91
0,38= 25,1 m².K.W −1 ≫Rbéton
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Transfert de chaleur à travers un mur constitué de plusieurs couches de matériaux différents
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Transfert de chaleur à travers un mur constitué de plusieurs couches de matériaux différents
Les résistances thermiques des différentes couches s'ajoutent pour former celle du mur complet :
RMUR
= R1 + R
2 + R
a + R
3
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Exercice d'application :
→ Quelle est la résistance thermique d'un simple vitrage d'épaiseur 4 mm, sachant que la conductivité thermique du verre est λ
verre = 1,2 W.m1.K1 ?
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Exercice d'application :
→ Quelle est la résistance thermique d'un simple vitrage d'épaiseur 4 mm, sachant que la conductivité thermique du verre est λ
verre = 1,2 W.m1.K1 ?
R verre =eλ verre
=0,004
1,2= 3,33.10−3 m².K.W −1
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Exercice d'application :
→ Quelle est la résistance thermique d'un simple vitrage d'épaiseur 4 mm, sachant que la conductivité thermique du verre est λ
verre = 1,2 W.m1.K1 ?
→ Quelle est la résistance thermique d'un double vitrage d'épaiseur 4164 mm, sachant que la conductivité thermique de l'air est λ
air = 2,5 . 102 W.m1.K1 ?
R verre =eλ verre
=0,004
1,2= 3,33.10−3 m².K.W −1
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Exercice d'application :
→ Quelle est la résistance thermique d'un simple vitrage d'épaiseur 4 mm, sachant que la conductivité thermique du verre est λ
verre = 1,2 W.m1.K1 ?
→ Quelle est la résistance thermique d'un double vitrage d'épaiseur 4164 mm, sachant que la conductivité thermique de l'air est λ
air = 2,5 . 102 W.m1.K1 ?
R verre =eλ verre
=0,004
1,2= 3,33.10−3 m².K.W −1
R air =eλ air
=0,016
2,5.10−2
= 0,64 m².K.W −1
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Exercice d'application :
→ Quelle est la résistance thermique d'un simple vitrage d'épaiseur 4 mm, sachant que la conductivité thermique du verre est λ
verre = 1,2 W.m1.K1 ?
→ Quelle est la résistance thermique d'un double vitrage d'épaiseur 4164 mm, sachant que la conductivité thermique de l'air est λ
air = 2,5 . 102 W.m1.K1 ?
R verre =eλ verre
=0,004
1,2= 3,33.10−3 m².K.W −1
R air =eλ air
=0,016
2,5.10−2
= 0,64 m².K.W −1
R Double vitrage = R verreR airRverre = 3,33.10−30,643,33.10−3 = 0,65 m².K.W −1
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Transfert thermique par rayonnement
En physique, un corps noir est un objet idéal qui absorberait toute l'énergie électromagnétique qu'il recevrait, sans en réfléchir ni en transmettre.
La puissance rayonnée par une surface S d'un corps noir dépend uniquement de sa température et se calcule à l'aide de la loi de Stephan :
ϕ = σ . S . T 4
Constante de Stephan
= 5,67 . 10σ 8 W.m2.K4 Surface du corps en ?
Puissance rayonnée en
?
Température du corps en ?
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Transfert thermique par rayonnement
En physique, un corps noir est un objet idéal qui absorberait toute l'énergie électromagnétique qu'il recevrait, sans en réfléchir ni en transmettre.
La puissance rayonnée par une surface S d'un corps noir dépend uniquement de sa température et se calcule à l'aide de la loi de Stephan :
= σ . S . T 4
Constante de Stephan
= 5,67 . 10σ 8 W.m2.K4 Surface du corps en m2
Puissance rayonnée en W
Température du corps en K
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Transfert thermique par rayonnement
La puissance rayonnée par unité de surface,appellée émittance M dépend de la température du corps et de son emissivité :ε
M = σ . ε . T 4
Emissivité
?
Emittance en
?
Température du corps en
?
Constante de Stephan
= 5,67 . 10σ 8 W.m2.K4
L'émissivité est un coefficient compris entre 0 et 1. εPour le corps noir = 1 et pour un miroir idéal (parfaitement réfléchissant) = 0.ε ε
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Transfert thermique par rayonnement
La puissance rayonnée par unité de surface,appellée émittance M dépend de la température du corps et de son emissivité :ε
M = σ . ε . T 4
Emissivité sans unité
Emittance en W.m2
Température du corps en K
Constante de Stephan
= 5,67 . 10σ 8 W.m2.K4
L'émissivité est un coefficient compris entre 0 et 1. εPour le corps noir = 1 et pour un miroir idéal (parfaitement réfléchissant) = 0.ε ε
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Transfert thermique par rayonnement
On peut observer les zones « chaudes » avec une caméra infra-rouge, car c'est principalement dans ce domaine de longueur d'onde que le rayonnement du à la chaleur apparait.
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Transfert thermique par rayonnement
On peut observer les zones « chaudes » avec une caméra infra-rouge, car c'est principalement dans ce domaine de longueur d'onde que le rayonnement du à la chaleur apparait.
Ponts thermiques dans une habitation :
La longueur d'onde émise dépend de la température du corps
http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/thermo/corpnoir.html