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Transferts thermiques - Fiche de cours

1. Du microscopique au macroscopique

La matière est constituée d'entités atomes, ions ou molécules (aspect microscopique). Leur comportement collectif peut être décrit avec des grandeurs physiques macroscopiques mesurables : la pression, la température...

2. Variation de l'énergie interne

Lorsque l'agitation thermique d'un système macroscopique varie, l'énergie interne des entités microscopiques varie également.

ΔU=W+Q unité en (J)

a. Variation de l'énergie interne sans changement d'état

ΔU=m⋅c⋅ΔT unité en ( J)

b. Variation de l'énergie interne avec changement d'étatΔU=m⋅L unité en ( J)3. Les transferts thermiques

a. Transfert thermique par conduction L'énergie thermique se transmet de proche en proche sans déplacement de matière. b. Transfert thermique par convection L'énergie thermique se transmet avec déplacement de matière. c. Transfert thermique par rayonnement L'énergie thermique se transmet avec un rayonnement

électromagnétique.4. Le flux thermique

a. Définition Le flux thermique échangé est une puissance et s'exprime en Watt

ϕ=Q

Δt b. Flux thermique traversant une paroi

ϕ=ΔT

Rthavec Rth=e

λS- e: épaisseur de la paroi (unité m)

λ : coefficient de conductivité thermique en W.m-1.K-1 S : surface de diffusion du flux thermique en m²

Lorsque plusieurs parois sont juxtaposés :

RTh=Rth1+Rth2+...Rthn1/2

Transferts thermiques - Fiche de coursPhysique - Chimie Spécialité - Terminale générale - Année scolaire 2020/2021

http s ://physique-et-maths.fr e. Echange avec une paroi thermostatée (loi phénoménologique) Le flux thermique traversant une paroi thermostatée à la température T1 a pour expression :ϕ=hS(T1-T)f. Equation et fonction de la chaleur

Pour un système incompressible :dU

dt=Q dt= ϕPour un système sans changement d'état : dU dt=mcdT dt En tenant compte du phénomène conducto-conductif (paroi thermostatée) : mcdT dt=hS(T1-T)On obtient l'équation différentielle :dT dt+hS mcT=hS mcT1 Pour un système à la température initiale T2, la solution de cette

équation différentielle est :

T(t)=T1+(T2-T1)e-tτavec τ=mc

hSg. Rayonnement thermique et loi de Stéfan La loi de Stéfan établie l'expression du flux thermique en fonction de la température :

ϕ=σT4avec σ=5,67.10-8W.m2

5. Le bilan radiatif terrestre

a. Calcul simplifié du bilan radiatif terrestre Bilan radiatif = Puissance solaire reçue - Puissance albédo - Puissance IR réémise b. En moyenne sur Terre

Puissance solaire reçue : 342 W.m-2

Puissance renvoyée par albédo : 102 W.m-2

Puissance IR réémise : 240 W.m-2

BR=342-102-240=0

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