Chapitre 5 : Transfert thermique

1. Sens de transfert thermique et équilibre thermique
   

Un transfert de la chaleur s'effectue toujours spontanément du corps chaud vers le corps froid.

L'équilibre thermique est atteint lorsque les corps sont à la même température.

2. Les modes de transfert de l'énergie thermique
   

1) La conduction thermique

  La conduction thermique est un mode de transfert qui s'effectue de proche en proche, sans déplacement de matière. C'est le seul mode de transfert dans les solides.

Conductivité thermique : La conductivité thermique λ d'un matériau exprime sa capacité à conduire la chaleur. Elle s'exprime en W.m^-1.K^-1(ou W.m^-1.°C-1).
  Plus λ est petit, plus le matériau est isolant.

Remarque : L'aire est un mauvais conducteur thermique : Sa conductivité thermique est 20 000 fois plus faible que celle du cuivre.

  La résistance thermique noté R, d'un matériau correspond à sa capacité à ralentir le transfert thermique. Plus la résistance est grande, plus le matériau est isolant.
Elle est définie par

R = e / λ	R en m².K.W-1
	e en m
	λ en W.m-1.K-1

  La résistance thermique d'une paroi composé de plusieurs couche de matériaux différents est égale à la somme des résistance thermique.
R_tot = R₁ + R₂ + R₃ ...

2) La convection

  La convection est un mode transfert qui se fait avec déplacement de matière au sein des gaz ou des liquides : le fluide chaud, se met en mouvement ascendant, sous l'effet d'une force exercé par le fluide froid plus dense.

3) Le rayonnement thermique

  Tous les corps émettent un rayonnement sous l'effet de la température.
Plus une étoile est chaude, plus le spectre de la lumière qu'elle émet s'enrichit vers le violet.

3. Le flux thermique
   

Considérons une paroi pleine, de surface S, d'épaisseur e, constitué par un matériau de conductivité λ de résistance thermique R.

La surface chaude est à la température θc et la surface froide est à la température θf.

Notons Q la quantité de chaleur transféré par conduction à travers la paroi de la face chaude à la face froide pendant une durée t.

  Le flux de chaleur correspond à la quantité de chaleur transféré par unité de temps.

Φ = Q / Δt = [S. ( θc - θf)] / R	Φ en W
	Q en J
	Δt en seconde
	S en m²
	θf et θc en K ou °C
	R en m².K.W-1