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TRANSMISSION DE LA CHALEUR
Généralités
L’étude de transfert thermique complète l’étude de la thermodynamique en décrivant la manière dont s’opère le transfert d’énergie. [1]
La thermocinétique est la science qui étudie le transfert de chaleur.
Les savants russes suivants ont fait particulièrement des travaux sur le sujet des échanges de chaleur :
– Professeur V. Kirpitchev (1845-1913)
– Professeur A. Radtizg (1869-1941)
– Professeur M. Mikheev
– Professeur L. Eiguensson
Définition
Un transfert de chaleur qu’il convient d’appeler transfert thermique ou transfert par chaleur est un transfert d’énergie sous forme macroscopique désordonnée.
Les échangeurs de chaleur
On utilise des appareils d’échanges de chaleur comme les chaudières, les sur-chauffages de vapeurs, les condenseurs, les évaporateurs, les fours et de nombreux autres appareils de sur-chauffage et de refroidissement qui servent à transférer l’énergie sous forme de chaleur.
Les modes de transferts thermiques
Le transfert de chaleur peut prendre trois différentes formes fondamentales :
– la conduction thermique
– la convection thermique
– le rayonnement thermique
La conduction thermique est par exemple ce qui régit le transfert de chaleur dans des parties superficielles de la Terre (croûte).
Au plus profond de la Terre (manteau et noyaux), c’est la convection qui évacue plus efficacement la chaleur vers la surface.
Le transfert par rayonnement électromagnétique concerne principalement l’atmosphère 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 molécules de la matière et au mouvement des électrons libres dans les métaux.
Definition
La conduction est le phénomène par laquelle la chaleur se transmet d’une région à haute température vers un autre à basse température à l’intérieur d’un milieu solide (liquide ou gazeux sous certaines conditions) ou entre différents milieux mis en contacts.
Loi de Fourier
En 1822, J. Fourier énonça la loi de transmission de chaleur par conduction, par la formule suivante : Q = ( − )
S: surface de la section à travers laquelle la chaleur se propage (m2) e: épaisseur de matière parcourue par la chaleur (m)
1 et 2: Température de la surface par laquelle la chaleur entre, sort du corps (°C) t: temps (h)
: Coefficient de conduction ou conductivité thermique
(a) Coefficient de conduction ou conductivité thermique
La conductivité thermique est caractéristique du milieu « conducteur », sa valeur est en fonction de la température mais plus souvent considérée comme constante. est élevé pour les métaux et généralement faible pour les non métaux. Les corps dont le coefficient de conductivité thermique est élevé sont de bons conducteurs de chaleur ; ceux dont le coefficient est très faible conduisent très peu la chaleur, on dit que ce sont des isolants thermiques.
Quelques valeurs de la conductivité thermique en W. m- 1. K-1
Remarque:
Les impuretés diminuent fortement la conductivité des matériaux. La règle habituelle des mélanges n’est pas applicable ni pour les mélanges ni pour les impuretés. Les conductivités des alliages sont difficilement interprétables.
Résistivité thermique ou résistance thermique
Par définition, la résistivité thermique est l’inverse de la conductivité thermique d’un cube de matière 1m de côté = 1 est exprimé en m. h. °C. kcal-1
Pour une couche d’épaisseur e.
On emploie la résistance thermique pour simplifier le calcul. Prenons la loi de Fourier qui exprime la quantité de chaleur Q
On peut exprimer Q en fonction la résistance thermique R.
On considère une couche de matière infiniment petite et disposée perpendiculairement au flux calorifique : Gradient de température dans le sens de l’épaisseur de la paroi.
Ce gradient doit être affecté du signe négatif parce que la température diminue quand l’épaisseur augmente.
Or la quantité de chaleur Q doit être positive. Pour la commodité de calcul, on a interverti les limites d’intégration en remplaçant
Flux thermique :
La loi de Fourier relie le champ scalaire de température au champ vectoriel de flux de chaleur. Par définition, le flux thermique en un point est une quantité de chaleur par unité de surface et de temps, et est proportionnelle au gradient de température. = = − (Kcal. m-2. h-1)
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I : QUELQUES NOTIONS DE THERMODYNAMIQUE
I. La chaleur
Quantité de chaleur
Chaleur sensible
Flux de la chaleur
Température
L’énergie interne
Enthalpie
II. Transmission de la chaleur
Définition
Les échangeurs de chaleur
Les modes de transferts thermiques
PARTIE II : ETUDES DU SYSTEME DE CHAUFFAGE D’UNE MAISON INDIVIDUELLE DE MANTASOA
I. Les différents modes de chauffage
Quelques dispositifs de régulation
Les différents modes de chauffage
II. Etudes de système de chauffage d’une maison individuelle de Mantasoa
Schéma du fonctionnement général du système de chauffage d’une maison individuelle de Mantasoa
Le système d’isolation thermique de la maison
PARTIE III : ELABORATION D’UNE FICHE PEDAGOGIQUE
I. MIS EN EVIDENCE DES CONCEPTIONS INITIALES DES ELEVES
Enquête sur les conceptions des élèves à la sensation de la chaleur et la température
II. Élaboration d’une fiche pédagogique
Élaboration de la fiche pédagogique
Discussion sur l’évolution des conceptions des élèves
ANNEXE QUESTIONNAIRE D’ENQUETE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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