Ch16: Transferts thermiques
1. Le transfert thermique
1.1. Les modes de transfert thermique
La conduction: L’agitation thermique se transmet de proche en proche sans transport de matière.
La convection: L’agitation thermique se transmet avec un déplacement et mélange de la matière.
Le rayonnement thermique: Le transfert thermique a lieu, sans
nécessité de contact, par l’intermédiaire d’ondes électromagnétiques.
1.2. Flux thermique
Si le transfert thermique Q entre un système et
l’extérieur a pour durée , alors le flux thermique est défini par:
Le flux thermique peut être aussi appelé puissance thermique
1.3. Résistance thermique
La résistance thermique caractérise l’opposition d’un corps au transfert thermique entre deux zones de températures et .
Le flux thermique entre la zone A et la zone B est aussi:
2. Température terrestre moyenne
2.1 Bilan quantitatif d’énergie du système
- La Terre est assimilée à un corps noir: Elle absorbe
parfaitement toute l’énergie électromagnétique qu’elle reçoit et la puissance surfacique émise par radiations est
(sa température de surface étant exprimée en kelvin et étant la constante de Stefan-Boltzmann).
- On considère que la Terre reste à équidistance du Soleil, qu’elle garde des vitesses de rotation et tangentielle
constantes. On néglige les effets de déformation dus à la Lune et au Soleil. Donc il n’y a pas d’échange d’énergie par travail.
W=0- La température de la Terre peut être considérée comme constante au cours du temps.
On peut donc considérer que l’énergie interne de la Terre reste constante.
2.2. Application du premier principe de la thermodynamique au système (Terre et atmosphère)
La variation d’énergie interne est égale aux transferts thermiques. (il n’y a pas de transfert par travail)
é é
En divisant par la surface on obtient l’égalité avec les puissances surfacique:
)
La Terre étant un corps noir alors la loi de Stefan Boltzmann donne:
La température de la Terre est donc :
)
2.3. Albédo et effet de serre
L’albédo est une grandeur sans unité qui caractérise l’aptitude d’une surface à renvoyer le rayonnement qui lui parvient:
L’effet de serre est du principalement à la vapeur d’eau et au dioxyde de carbone
3. La loi de Newton
3.1. Modèle de la loi de Newton
Le flux thermique entre un système de température et de surface d’échange avec un milieu de température
constante (thermostat) est :
3.2. Bilan d’énergie d’un système incompressible
Etablissement de l’équation différentielle que vérifie la température du système étudié:
D’après le premier principe de thermodynamique
Lorsque temps vers zéro, l’expression devient:
L’équation différentielle (3) peut s’écrire:
La solution de l’équation différentielle est donc:
L’allure de la courbe donnant la température en fonction du temps est:
Exercices p331 qcm1, 2, 3 Ex 3, 5, 7, 9, 11, 13, 16, 17, 18, 20, 21, 22, 24, 26, 27 et ECE.
