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Les échanges thermiques

Yannick SAYER
Polytechnicien NTIC
Bac+6

Théorie

* Echange thermine avec la matière : convection, conduction et rayonnemet : (vidéo)

D’un point de vue général, la théorie du phénomène des échanges de chaleur ressemble:
- Au vase communicant, en vue d'un équilibre.

- Le mélange d'un verre d'eau à 10° avec un verre d'eau à 30° donnent deux verres à 20°.


La température traduit la vitesse d’agitation des particules élémentaires de la matière. Entre deux corps dont la température est différente se produit inévitablement un flux calorifique Ce flux appelé la chaleur, se déplace du corps chaud vers le corps froid jusqu’il y ait équilibre de température.

L'échange de la chaleur

a) Comment l’énergie thermique transite de l’intérieur vers l’extérieur ?

L’énergie thermique se propage par convection, rayonnement thermique et conductivité thermique:

Pour comprendre les phénomènes de transfert de la chaleur (ou énergique thermique), il faut admettre un modèle de représentation de la matière qui dit que celle-ci est constituée de petits morceaux invisibles à l’œil nu qui bougent les uns par rapport aux autres.

o Dans le cas des solides, comme le métal, le bois, le verre ou le PVC. Ces morceaux bougent tout en gardant une position moyenne constante. On dit qu’ils vibrent.
o Dans le cas des gaz et des liquides, ces morceaux bougent, tout en se déplaçant globalement selon une certaine direction.

Les vibrations de ces microscopiques éléments de matière représentent l’énergie thermique du corps en question. Plus l’amplitude et la fréquence de vibration sont grandes, plus le corps contient d’énergie, plus il es chaud.

L’échange de chaleur peut s‘effectuer de trois manières différentes :

b) Echange thermique par rayonnement

Tous les corps solides et liquides émettent, par leur surface, de l’énergie sous forme d’ondes électromagnétiques. Si une énergie rayonnée rencontre un corps absorbant ces longueurs d’ondes, elles se transforment en chaleur. Ce transfert ne nécessite aucun support matériel et se produit même dans le vide.


c) Echange thermique par convection

C’est un mode d’échange thermique qui est propre aux fluides comme les gaz ou les liquides. Les molécules qui sont directement au contact d’une surface solide absorbent ou cèdent de la chaleur suivant les températures respectives de la surface et des fluides.
Les différences de température provoquent des différences de masse volumétrique qui engendrent les mouvements de convection, les molécules les plus chaudes étant les plus légères ont tendance à monter.


d) Echange thermique par conduction

L’échange par conduction s’effectue par propagation à l’intérieur d’un solide.



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