Fiche de révision : Transferts thermiques et capacité thermique

📋 Plan du Cours

1. Sensation de chaud et de froid
2. Chaleur et conduction thermique
3. Convection dans les fluides
4. Rayonnement thermique
5. Capacité thermique massique

📖 1. Sensation de chaud et de froid

★ À maîtriser

• La température de la salle est de 27,9 °C tandis que la température de la surface de la peau est de 35,4 °C.

📌 Deux plaques peuvent être à la même température que la salle, mais la plaque métallique paraît plus froide que le bois parce que le métal conducteur transfère plus rapidement la chaleur de la main.

Compléments

📌 L’effet d’un corps sur un objet se repère par une déformation ou par un changement de température et dépend de la partie du corps en contact ainsi que de la nature du corps en contact.

💡 Astuce mémo

Même température mesurée, sensation différente : métal conducteur contre bois isolant.

📖 2. Chaleur et conduction thermique

🔑 Notions clés & Définitions

• Chaleur : Forme d’énergie associée à l’agitation des particules et se transmet toujours du corps chaud vers le corps froid jusqu’à l’égalité des températures.
• Conduction thermique : Transfert de chaleur dans un matériau, sans transport de matière, dans le sens des températures décroissantes.

★ À maîtriser

• Les conductivités thermiques sont:
  • air sec : 0,026 W/(m·°C)
  • laine de verre : 0,041 W/(m·°C)
  • bois de sapin : 0,15 W/(m·°C)
  • porcelaine : 0,928 W/(m·°C)
  • verre : 1,13 W/(m·°C)
  • acier : 46 W/(m·°C)
  • cuivre : 390 W/(m·°C)

Compléments

• Une tasse en porcelaine ne brûle pas les mains car la porcelaine est un isolant ayant un faible coefficient de conductivité thermique.

💡 Astuce mémo

Écart de température → transfert de chaleur du chaud vers le froid.

📖 3. Convection dans les fluides

🔑 Notions clés & Définitions

• Convection : Transfert de chaleur accompagné d’un transfert de matière sous forme de courants ascendants et descendants dans un fluide ou un gaz.

★ À maîtriser

• Lorsqu’un ballon rempli d’eau froide est chauffé, des courants de convection ascendants et descendants se forment et propagent la chaleur.

Compléments

• Un convecteur électrique transfère la chaleur par convection, les fentes favorisant la production d’une grande quantité d’air chaud.

💡 Astuce mémo

Chauffage → courants ascendants et descendants → propagation de la chaleur.

📖 4. Rayonnement thermique

🔑 Notions clés & Définitions

• Rayonnement thermique : Transfert de chaleur sans déplacement de matière, sous forme de rayonnement électromagnétique ultraviolet, visible ou infrarouge.

★ À maîtriser

• Dans un chauffe-air solaire, l’air est chauffé derrière une vitre par le rayonnement solaire dans un absorbeur, puis réintroduit dans l’atelier par le haut.

Compléments

• Tous les corps solides, liquides et gazeux émettent un rayonnement électromagnétique plus ou moins important.

• Pour comparer une canette noire et une canette grise, on met 50 ml d’eau et un thermomètre dans chaque canette, on les éclaire avec des lampes, puis on relève simultanément les températures à intervalles réguliers.

💡 Astuce mémo

Une surface noire éclairée par une lampe chauffe l’eau qu’elle contient.

📖 5. Capacité thermique massique

🔑 Notions clés & Définitions

• Capacité thermique massique : Grandeur qui intervient dans la quantité de chaleur transférée et s’exprime en J/(kg·°C).

★ À maîtriser

📐 Formule - La quantité de chaleur transférée à un corps vérifie $Q = mc(\theta_2 - \theta_1)$.

Compléments

• Dans la relation thermique, Q est la chaleur transférée en joules, m la masse du corps en kilogrammes, θ2 la température finale en degrés Celsius et θ1 la température initiale en degrés Celsius.

• Les capacités thermiques massiques sont:

  • aluminium : 900 J/(kg·°C)
  • fer : 460 J/(kg·°C)
  • cuivre : 390 J/(kg·°C)
  • plomb : 130 J/(kg·°C)
  • eau : 4180 J/(kg·°C)
  • éthanol : 2400 J/(kg·°C)
  • pétrole : 2100 J/(kg·°C)
  • huile d’olive : 1200 J/(kg·°C)

📊 Tableaux de synthèse

Modes de transfert thermique