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TRANSMISSION DE LA CHALEUR
Gรฉnรฉralitรฉs
L’รฉtude de transfert thermique complรจte l’รฉtude de la thermodynamique en dรฉcrivant la maniรจre dont s’opรจre le transfert d’รฉnergie. [1]
La thermocinรฉtique est la science qui รฉtudie le transfert de chaleur.
Les savants russes suivants ont fait particuliรจrement des travaux sur le sujet des รฉchanges de chaleur :
– Professeur V. Kirpitchev (1845-1913)
– Professeur A. Radtizg (1869-1941)
– Professeur M. Mikheev
– Professeur L. Eiguensson
Dรฉfinition
Un transfert de chaleur qu’il convient d’appeler transfert thermique ou transfert par chaleur est un transfert d’รฉnergie sous forme macroscopique dรฉsordonnรฉe.
Les รฉchangeurs de chaleur
On utilise des appareils d’รฉchanges de chaleur comme les chaudiรจres, les sur-chauffages de vapeurs, les condenseurs, les รฉvaporateurs, les fours et de nombreux autres appareils de sur-chauffage et de refroidissement qui servent ร transfรฉrer l’รฉnergie sous forme de chaleur.
Les modes de transferts thermiques
Le transfert de chaleur peut prendre trois diffรฉrentes formes fondamentales :
– la conduction thermique
– la convection thermique
– le rayonnement thermique
La conduction thermique est par exemple ce qui rรฉgit le transfert de chaleur dans des parties superficielles de la Terre (croรปte).
Au plus profond de la Terre (manteau et noyaux), c’est la convection qui รฉvacue plus efficacement la chaleur vers la surface.
Le transfert par rayonnement รฉlectromagnรฉtique concerne principalement l’atmosphรจre avec le rayonnement du soleil vers Terre.
La conduction thermique consiste dans le fait que la chaleur est transmise directement entre les particules en contact, elle est due au mouvement thermique des atomes ou molรฉcules de la matiรจre et au mouvement des รฉlectrons libres dans les mรฉtaux.
Definition
La conduction est le phรฉnomรจne par laquelle la chaleur se transmet d’une rรฉgion ร haute tempรฉrature vers un autre ร basse tempรฉrature ร l’intรฉrieur d’un milieu solide (liquide ou gazeux sous certaines conditions) ou entre diffรฉrents milieux mis en contacts.
Loi de Fourier
En 1822, J. Fourier รฉnonรงa la loi de transmission de chaleur par conduction, par la formule suivante : Q =ย ย ย (ย ย โย ย )
S: surface de la section ร travers laquelle la chaleur se propage (m2) e: รฉpaisseur de matiรจre parcourue par la chaleur (m)
1 etย 2: Tempรฉrature de la surface par laquelle la chaleur entre, sort du corps (ยฐC) t: temps (h)
ย : Coefficient de conduction ou conductivitรฉ thermique
(a) Coefficient de conduction ou conductivitรฉ thermique
La conductivitรฉ thermique est caractรฉristique du milieu ยซย conducteurย ยป, sa valeur est en fonction de la tempรฉrature mais plus souvent considรฉrรฉe comme constante. est รฉlevรฉ pour les mรฉtaux et gรฉnรฉralement faible pour les non mรฉtaux. Les corps dont le coefficient de conductivitรฉ thermique est รฉlevรฉ sont de bons conducteurs de chaleur ; ceux dont le coefficient est trรจs faible conduisent trรจs peu la chaleur, on dit que ce sont des isolants thermiques.
Quelques valeurs de la conductivitรฉ thermique en W. m- 1. K-1
Remarque:
Les impuretรฉs diminuent fortement la conductivitรฉ des matรฉriaux. La rรจgle habituelle des mรฉlanges n’est pas applicable ni pour les mรฉlanges ni pour les impuretรฉs. Les conductivitรฉs des alliages sont difficilement interprรฉtables.
Rรฉsistivitรฉ thermique ou rรฉsistance thermique
Par dรฉfinition, la rรฉsistivitรฉ thermique est l’inverse de la conductivitรฉ thermique d’un cube de matiรจre 1m de cรดtรฉ = 1 est exprimรฉ en m. h. ยฐC. kcal-1
Pour une couche d’รฉpaisseur e.
On emploie la rรฉsistance thermique pour simplifier le calcul. Prenons la loi de Fourier qui exprime la quantitรฉ de chaleur Q
On peut exprimer Q en fonction la rรฉsistance thermique R.
On considรจre une couche de matiรจre infiniment petite et disposรฉe perpendiculairement au flux calorifique : Gradient de tempรฉrature dans le sens de l’รฉpaisseur de la paroi.
Ce gradient doit รชtre affectรฉ du signe nรฉgatif parce que la tempรฉrature diminue quand l’รฉpaisseur augmente.
Or la quantitรฉ de chaleur Q doit รชtre positive. Pour la commoditรฉ de calcul, on a interverti les limites d’intรฉgration en remplaรงant
Flux thermique :
La loi de Fourier relie le champ scalaire de tempรฉrature au champ vectoriel de flux de chaleur. Par dรฉfinition, le flux thermique en un point est une quantitรฉ de chaleur par unitรฉ de surface et de temps, et est proportionnelle au gradient de tempรฉrature. = = โย (Kcal. m-2. h-1)
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Table des matiรจres
INTRODUCTION
PARTIE I : QUELQUES NOTIONS DE THERMODYNAMIQUE
I. La chaleur
Quantitรฉ de chaleur
Chaleur sensible
Flux de la chaleur
Tempรฉrature
L’รฉnergie interne
Enthalpie
II. Transmission de la chaleur
Dรฉfinition
Les รฉchangeurs de chaleur
Les modes de transferts thermiques
PARTIE II : ETUDES DU SYSTEME DE CHAUFFAGE D’UNE MAISON INDIVIDUELLE DE MANTASOA
I. Les diffรฉrents modes de chauffage
Quelques dispositifs de rรฉgulation
Les diffรฉrents modes de chauffage
II. Etudes de systรจme de chauffage d’une maison individuelle de Mantasoa
Schรฉma du fonctionnement gรฉnรฉral du systรจme de chauffage d’une maison individuelle de Mantasoa
Le systรจme d’isolation thermique de la maison
PARTIE III : ELABORATION DโUNE FICHE PEDAGOGIQUE
I. MIS EN EVIDENCE DES CONCEPTIONS INITIALES DES ELEVES
Enquรชte sur les conceptions des รฉlรจves ร la sensation de la chaleur et la tempรฉrature
II. รlaboration dโune fiche pรฉdagogique
รlaboration de la fiche pรฉdagogique
Discussion sur lโรฉvolution des conceptions des รฉlรจves
ANNEXE QUESTIONNAIRE DโENQUETE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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Soutenance mรฉmoire
