Tale Spé Thème : Energie : Conversions et transferts Plan de cours
Physique 5 Transferts thermiques Chap.16
Plan de cours Exercices
Prérequis (1ère enseignement Scientifique) :
Un corps « noir » de température constante réémet tout le rayonnement qu’il absorbe.
Loi du corps noir : max T = 2,90 10-3 m.K avec en m et T en kelvin (K).
Loi de Stefan-Bolztmann : = T4 où T est la température de surface en kelvin (K).
est la flux thermique surfacique ou puissance surfacique en W·m−2 et la constante de Stefan-Bolztmann σ = 5,67 × 10−8 W·m−2·K−4.
I. Le transfert thermique
Vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=TsJtZB34OG0 (Stella) – de 0’00’’ à 3’18’’
1. Modes de transferts thermiques
Conduction thermique ; convection thermique ; rayonnement thermique 2. Flux thermique
= Q
t avec en W ; Q en J et t en s
Un flux thermique est compté positivement ou négativement comme Q
Un flux thermique est aussi appelé puissance thermique.
Un flux thermique surfacique =
S est un flux thermique par unité de surface avec en W.m-2.
3. Résistance thermique Rth
Rth = TA – TB
avec Rth en K.W-1 (ou en °C.W-1) ; TA – TB en K (ou en °C) et en W
QCM 1 p.331 Ex. 3-5 p.334 Ex. 19-20-21-22
p.337 et +
II. La température terrestre moyenne
Vidéo : https://youtu.be/TsJtZB34OG0?t=198 (Stella) – de 3’18’’ à 8’55’’
1. Bilan thermique du système {Terre ; atmosphère}
Le Soleil et la Terre sont des corps noirs sphériques
Le système est à l’équilibre thermique (T = constante) donc U = 0 2. Albédo et effet de serre
Relation indicative : E = 2 (1 – )
(2 – a) S avec E flux thermique surfacique rayonné par la Terre, S flux thermique surfacique reçu du Soleil, albédo du système et a proportion du flux thermique rayonné par la Terre et absorbé par l’atmosphère
A partir de la loi Stefan-Bolztmann (donnée), on trouve la température moyenne de la Terre
Si l’albédo diminue, la température moyenne de la Terre augmente
Si le terme a augmente (effet de serre ), la température moyenne de la Terre augmente
QCM 2 p.331 Ex. 7-9 p.334 Ex. 17-23-24-26-27
p.336 et + Ex. 25 p.339
III. La loi de Newton
Vidéo : https://youtu.be/TsJtZB34OG0?t=535 (Stella) – de 8’55’’ à 11’21’’
1. Loi de Newton
(t) = h S (θe - θ(t)) avec θ la température du système ; θe la température extérieure du système ; h le coefficient d’échange convectif ; S surface d’échange.
2. Equation différentielle et solution
Pour un système incompressible de masse m dont la variation de température est θ :
U = m c θ
A l’aide du 1er principe de la thermodynamique, θ
t = h S
m c (θe – θ)
Quand t tend vers 0, dθ
dt = - h S
m c θ + h S
m c θe (Equation différentielle)
Solution de la forme θ = (θi – θe) e-t/ + θe avec = m c h S
QCM 3 p.331 Ex. corrigé p.332 Côté Maths p.333 Ex. 11-13 p.335 Ex. 15-16-18 p.336
et + Ex. de synthèse
p.343
