Transferts thermiques d’énergie - Free

•Energie interne d’un système

•Transferts thermiques

•Flux thermiques

•Bilan d’énergie

Du microscopique au macroscopique Activité 2 p365

Energie interne d’un système Particule microscopique :

Ec,micro et Ep,micro (impossible à calculer)

Energie interne

Energie globale

Variations d’énergie interne Ex. : réaction chimique

Em,macro = Ec,macro + Ep,macro = constante

donc Eglobale = U + constante

D’où ΔEglobale = ΔU = Uf – Ui

Application : corps dans un état condensé Capacité thermique C (J.K-1):

Capacité à stocker de l’énergie (énergie qu’il faut apporter à un corps pour

augmenter sa température de 1 degré)

Énergie interne et capacité thermique :

ΔU = C ΔT = C (Tf – Ti) ( avec T en K, ΔU en J et C en J.K-1)

Système Capacité thermique C (J.K-1)

1 kg d’eau liquide 4185

1 kg d’aluminium solide 897

1 kg de verre 720

1 kg de cuivre 385

Exercice Déterminer la variation d’énergie interne de 1 kg de

cuivre lorsqu’il passe de 20 °C à 100 °C.

solution

De quelle hauteur faudrait-il laisser tomber le cuivre pour acquérir la même énergie ? (Variation d’énergie potentielle de pesanteur)

solution

Définition Un transfert thermique est un transfert d’énergie (noté

Q) d’une source chaude vers une source froide.

Les différents types de transferts thermiques Conduction thermique : le

transfert thermique se fait de proche en proche par contact et sans déplacement de matière.

Convection thermique : le transfert thermique est provoqué par le mouvement interne du fluide.

Rayonnement thermique : le transfert thermique se fait par rayonnement électromagnétique.

Définition Le flux thermique

caractérise la vitesse du transfert thermique Q pendant la durée Δt

Cas d’une paroi plane Paroi plane ∑ d’épaisseur e, de surface S, température

TA et TB sur les 2 faces.

Matériau λ (en W.m-1.K-1) à 20°C

Air 0.0262

Polystyrène expansé 0.036

Bois de chêne 0.16

Béton 0.92

Verre 1.2

Acier 46

Cuivre 390

Equivalence électricité et transfert thermique Electricité

Tension : UAB = VA-VB

Intensité : I

Résistance : R

UAB = VA-VB = RI

Transfert Thermique

TA-TB

Flux :

Résistance thermique

La résistance thermique d’un mur constitué de plusieurs

parois accolées est égale à la somme des résistances thermiques de chaque paroi

Bilan d’énergie Energie totale :

ΔE = ΔU + ΔEm = Q + W

Q : transferts thermiques

W : travaux autres que forces conservatives (forces pressantes d’un gaz, forces de frottement, etc)

Q, W > 0 si échangés de l’extérieur vers le système sinon ils sont négatifs

Exercices 6, 7, 8, 9, 12,13,25 p 374