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Thermodynamique.
Transformation de l'énergie

Transfert thermique : les mécanismes de transfert du chaleur

Transfert thermique : les mécanismes de transfert du chaleur

Nous définissons le transfert de chaleur comme la transmission d'un flux d'énergie sous forme de chaleur d'un corps à un autre. Il existe différents mécanismes de transfert de chaleur, mais dans chacun d'eux, la chaleur se déplace du corps chaud au corps froid selon la deuxième loi de la thermodynamique.

La transmission de la chaleur joue un rôle crucial pour le développement de la vie sur Terre car le transfert d’énergie des rayons du soleil est un mécanisme de transfert thermique. Nous trouvons de nombreux exemples de transfert de chaleur dans notre quotidien. De la même manière, il est également très important dans de nombreux procédés industriels.

Selon le deuxième principe de la thermodynamique, la transfert thermique se produit toujours du corps le plus chaud au corps le plus froid.

Modes de transferts de thermiques

Il existe trois types de transfert thermique : conduction, convection et rayonnement.

  • Conduction : La conduction thermique se produit lorsque deux objets à des températures différentes sont en contact direct. La chaleur passe de l'objet chaud à l'objet froid par les points de contact.

  • Rayonnement thermique : Le flux thermique se produit par le biais d'ondes électromagnétiques et peut être transmis par le vide. La quantité de chaleur transférée dépend de la longueur d'onde. C'est ainsi que le rayonnement solaire se propage dans le système solaire.

  • Convection : le transfert thermique par convection est réalisé à travers un milieu intermédiaire qui transporte de l'énergie, généralement des liquides et des gaz tels que l'air ou l'eau.

Un exemple de transfert thermique qui comprise les trois modes est le chauffage central. Dans ce système, l'eau transporte la chaleur aux radiateurs (transfert par convection), les radiateurs chauffent l’air qui est en contacte directe par conduction et émet des radiations électromagnétiques.

Transfert thermique par conduction

Le transfert de chaleur par conduction se produit lorsque deux substances sont en contact direct et qu'il y a une différence de température.

Dans ce mode de transfert thermique, la chaleur s'écoule des particules ayant une énergie cinétique plus élevée (température) vers des particules moins riches en énergie (plus froides). Le flux de chaleur dépend de la différence de température sur la distance (le gradient de température) et de la résistance thermique au flux de chaleur du matériau concerné, appelée conductivité thermique ou coefficient de conductivité thermique. Ce principe est exprimé dans la loi de Fourier.

Exemple de conduction thermique

Un exemple de transfert de chaleur par conduction est lorsque nous touchons un morceau de glace avec notre main. Le froid que nous ressentons est dû au transfert de chaleur de notre corps vers la glace.

Des autres exemples de transfert thermique par conduction sont:

  • Le long des outils pour manipuler le charbon ou d'autres objets potentiellement très chauds. Si sa portée était plus courte, le transfert de chaleur serait plus rapide et aucune extrémité ne pourrait être touchée.

  • La glace dans un bol d'eau chaude.

  • Lors de l'ébullition de l'eau, la flamme conduit la chaleur dans le récipient et après un certain temps permet à l'eau de se réchauffer.

  • La chaleur que dégage une cuillère lorsqu'elle est laissée dans un récipient et qu'on y verse une soupe extrêmement chaude.

  • Les couteaux et les fourchettes utilisent un manche en bois pour briser la conduction de la chaleur.

  • Les parois des maisons : la vitesse par laquelle le chaleur se propage à travers d’une paroi dépend du matériel.

Transfert thermique par rayonnement

Transfert d'énergie thermique par rayonnement. C'est le transfert de chaleur entre deux corps qui ne sont pas en contact l'un avec l'autre sans utiliser un milieu matériel. Un corps est chaud et émet donc beaucoup de rayonnement électromagnétique et perd donc de la chaleur, et l'autre corps absorbe une partie du rayonnement entrant et le convertit en chaleur.

Exemple de transfert de chaleur par rayonnement

Un exemple de transmission par rayonnement est le rayonnement ultraviolet qui provient du Soleil. L'énergie solaire est transmise dans l'espace par des ondes électromagnétiques.

Ensuite, un groupe de des autres exemples où le transfert thermique par rayonnement est produit :

  • La transmission des ondes électromagnétiques à travers le four à micro-ondes.

  • La chaleur émise par un radiateur.

  • Le rayonnement ultraviolet solaire, précisément le processus qui détermine la température de la terre.

  • La lumière émise par une lampe à incandescence.

  • Émission de rayons gamma par un noyau radioactif.

Transfert thermique par convection

Le transfert de chaleur par convection est le transfert de chaleur par le déplacement d'un liquide chaud ou d'un gaz chaud, ou d'un liquide froid ou d'un gaz froid. Lorsque la chaleur entraîne le flux, l'étendue du flux peut être exprimée comme le coefficient de transfert de chaleur.

Il existe deux types de convection thermique :

  • La convection naturelle se produit sans aucune aide artificielle. Le mouvement du fluide est produit par des différences de densité dues à la différence de température.

  • La convection forcée se produit lorsque le mouvement du fluide se fait par un mécanisme artificiel tel qu'une pompe à eau.

Exemple de transfert de chaleur par convection

Un exemple de transfert de chaleur par convection est le fonctionnement d'un ventilateur. Lorsque le ventilateur fonctionne, l'air en circulation évacue l'air chaud qui est en contact avec la peau et le remplace par de l'air plus frais.

Un autre exemple de convection se produit dans une douche chaude. Le réchauffeur électrique chauffe l'eau en augmentant son énergie thermique. L'eau chaude voyage à travers les tuyaux jusqu'à ce qu'elle atteigne la douche, elle tombe sur nous en transmettant la chaleur.

Des autres exemples de convection sont :

  • Transfert de chaleur d'un poêle.

  • Les montgolfières, qui sont maintenues en l'air par de l'air chaud. S'il refroidit, le montgolfière commence immédiatement à tomber.

  • Lorsque la vapeur d'eau embue les vitres d'une salle de bain, à cause de la température chaude de l'eau lors du bain.

  • Le sèche-mains ou sèche-cheveux, qui transmettent la chaleur générée par une résistance électrique par convection forcée.

  • Le transfert de chaleur généré par le corps humain lorsqu'une personne est pieds nus.

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Date de Publication: 1 février 2020
Dernière Révision: 23 février 2023