Experiences de cours concernant les transferts de chaleur

Echange de chaleur par conduction

Fig. 1 – Montage permettant de mettre en evidence les differences de conductivite thermique du cuivre,du laiton et de l’acier.

La figure 1 presente une croix dont chaque branche est constituee d’un metal different : acier, laiton,cuivre. Sur l’extremite de chaque branche, on met en contact avec le metal la tete d’une allumette.Lorsque l’on chauffe le centre de la croix avec un bec Bunsen, on observe que les allumettes s’allumentde facon decalee dans le temps. C’est d’abord l’allumette reposant sur le cuivre qui s’allume, puis cellereposant sur le laiton, et finalement celle reposant sur l’acier. Ce decalage temporel traduit les differencesde conductivite thermique des metaux :

κacier = 79 W·m−1·K−1, κlaiton = 188 W·m−1·K−1, κcuivre = 400 W·m−1·K−1

Echange de chaleur par convection

La figure 2 montre le montage utilise pour visualiser les courants de convection. Une source de chaleur(fer a souder) est placee dans l’enceinte en verre. On injecte alors de la fumee dans l’enceinte pour rendrevisible le mouvement de l’air : au dessus de la source de chaleur, on apercoit nettement les filets d’air quis’elevent rapidement (l’air chaud a une densite plus petite que l’air froid). Ensuite, l’air longe la paroisuperieure en se refroidissant, il redescend et retourne vers la source de chaleur.

Fig. 2 – Montage mettant en evidence les mouvements de convection.

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Echange de chaleur par rayonnement

Un cube dont les parois presentent differents etats de surface (Fig. 3) est observe a l’aide d’une camerainfrarouge. Bien que toutes ses faces aient une temperature de 100◦C, elles apparaissent plus ou moinschaudes a l’image, selon leur etat de surface :

etat de surface metalise et poli blanc et brillant metalise et abrase noir matetemp. mesuree par la camera 25◦C 39.9◦C 89.7◦C 96◦Cvaleurs tabules d’emissivite alu poli 0.05 peinture blanche 0.77 alu abrase 0.9 peinture noire 0.97

Fig. 3 – L’image du centre correspond a la face blanche et brillante du cube. Celle de droite corresponda la face metalisee et abrasee.

Mesure d’une temperature tres elevee

Afin de mesurer la temperature d’un four, on dispose devant son orifice (Fig. 4) un corps de chauffea travers lequel on fait passer un courant. On ajuste le courant de telle sorte que la couleur du corpsde chauffe devienne identique a celle du foyer. Une table de conversion fournit alors la temperature ducorps de chauffe correspondant au courant qui le traverse.

Fig. 4 – A droite, le corps de chauffe et le foyer ont la meme couleur. Ils sont a meme temperature.

Mesure de la puissance degagee par une personne

Une personne entre dans une boıte en sagex. Apres 90 s, la temperature a augmente de 2 ◦C. On rem-place alors la personne par un corps de chauffe de 110 W. On observe la meme elevation de temperaturepour la meme duree. On en deduit que la personne fournit 110 W.

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