Exp´ eriences de cours concernant les transferts de chaleur
Echange de chaleur par conduction
Fig.1 – Montage permettant de mettre en ´evidence les diff´erences de conductivit´e thermique du cuivre, du laiton et de l’acier.
La figure 1 pr´esente une croix dont chaque branche est constitu´ee d’un m´etal diff´erent : acier, laiton, cuivre. Sur l’extr´emit´e de chaque branche, on met en contact avec le m´etal la tˆete d’une allumette.
Lorsque l’on chauffe le centre de la croix avec un bec Bunsen, on observe que les allumettes s’allument de fa¸con d´ecal´ee dans le temps. C’est d’abord l’allumette reposant sur le cuivre qui s’allume, puis celle reposant sur le laiton, et finalement celle reposant sur l’acier. Ce d´ecalage temporel traduit les diff´erences de conductivit´e thermique des m´etaux :
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 utilis´e pour visualiser les courants de convection. Une source de chaleur (fer `a souder) est plac´ee dans l’enceinte en verre. On injecte alors de la fum´ee dans l’enceinte pour rendre visible le mouvement de l’air : au dessus de la source de chaleur, on aper¸coit nettement les filets d’air qui s’´el`event rapidement (l’air chaud a une densit´e plus petite que l’air froid). Ensuite, l’air longe la paroi sup´erieure en se refroidissant, il redescend et retourne vers la source de chaleur.
Fig.2 – Montage mettant en ´evidence les mouvements de convection.
1
Echange de chaleur par rayonnement
Un cube dont les parois pr´esentent diff´erents ´etats de surface (Fig. 3) est observ´e `a l’aide d’une cam´era infrarouge. Bien que toutes ses faces aient une temp´erature de 100◦C, elles apparaissent plus ou moins chaudes `a l’image, selon leur ´etat de surface :
´
etat de surface m´etalis´e et poli blanc et brillant m´etalis´e et abras´e noir mate
temp. mesur´ee par la cam´era 25◦C 39.9◦C 89.7◦C 96◦C
valeurs tabul´es d’´emissivit´e 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 correspond
`
a la face m´etalis´ee et abras´ee.
Mesure d’une temp´ erature tr` es ´ elev´ ee
Afin de mesurer la temp´erature d’un four, on dispose devant son orifice (Fig. 4) un corps de chauffe
`
a travers lequel on fait passer un courant. On ajuste le courant de telle sorte que la couleur du corps de chauffe devienne identique `a celle du foyer. Une table de conversion fournit alors la temp´erature du corps de chauffe correspondant au courant qui le traverse.
Fig.4 – A droite, le corps de chauffe et le foyer ont la mˆeme couleur. Ils sont `a mˆeme temp´erature.
Mesure de la puissance d´ egag´ ee par une personne
Une personne entre dans une boˆıte en sagex. Apr`es 90 s, la temp´erature a augment´e de 2◦C. On rem- place alors la personne par un corps de chauffe de 110 W. On observe la mˆeme ´el´evation de temp´erature pour la mˆeme dur´ee. On en d´eduit que la personne fournit 110 W.
2
