Diffusion thermique

Question 1

Définition de la conduction thermique

Answer 1

Transfert thermique dans la matière, sans mouvement macroscopique
(agitation thermique : vibration des atomes et molécules, qui mettent ensuite leurs voisins en vibrations…)

Question 2

Cas des métaux pour la conduction

Answer 2

Ce sont de bons conducteurs thermiques. En effet les électrons délocalisés sur tout le solide permettent un transfert plus efficace de l’énergie cinétique microscopique

Question 3

Définition de la convection thermique

Answer 3

Transfert thermique lié à un mouvement macroscopique de la matière, beaucoup plus efficace que la conduction
Solide : conduction
Liquide/ vapeur : convection (+ conduction)

Question 4

Définition du rayonnement

Answer 4

Transfert par les ondes électromagnétiques

pas besoin de milieu matériel pour ce transfert => vide possible

Question 5

Loi de Fourier (transferts thermiques)

Answer 5

Loi phénoménologique
jQ = - λ *grad T
où λ≥0 conductivité thermique en W.m⁻¹.K⁻¹ et jQ en W.m⁻²

Question 6

Puissance thermique transférée au travers d’une surface S

Answer 6

P = ∫∫ jQ.dS

Question 7

Équation de la chaleur à une dimension, sans terme de source

Answer 7

μcp∂T/∂t = λ*∂²T/∂x²
où μ la masse volumique
cp la capacité thermique massique à pression constante
λ la conductivité thermique

Question 8

Équation de la chaleur à trois dimensions, sans terme de source

Answer 8

μ*cp*∂T/∂t = λ*ΔT
où μ est la masse volumique
cp est la capacité thermique massique à pression constante
λ est la conductivité thermique
ΔT est Laplacien T

Question 9

Définition du coefficient de diffusion

Answer 9

D = λ/(μ*cp) en m².s⁻¹

Question 10

Relation entre le coefficient de diffusion, un temps et une distance (+ interprétation)

Answer 10

Δt ≈ L²/D
où Δt est le temps mis par le transfert thermique pour parcourir L (=> phénomènes diffusifs inefficaces sur longues distances)

Question 11

Équation de la chaleur à trois dimensions, avec terme de source (à redémontrer)

Answer 11

μcp∂T/∂t + div jQ - p = 0
terme 1 : variation temporelle de l’enthalpie volumique (hvol = μcpT)
terme 2 : transfert d’énergie thermique
terme 3 : puissance volumique (autre) reçue

Question 12

Expression de la résistance thermique

Answer 12

Rth = (T₁ - T₂) / Φ₁₂ en K.W⁻¹

=> association en série et parallèle possible comme pour les résistances électriques

Question 13

Résistance thermique pour une barre (+ conséquence pour une résistance électrique)

Answer 13

Rth = L/λS
Rélec = L/γS

Question 14

Régime non stationnaire (thermique) : épaisseur de peau

Answer 14

δ = √(2D/ω)

avec D = λ/(μ*cp) coefficient de diffusion

Question 15

Phénomène de conducto-convection

Answer 15

Présence d’une couche limite, soit une couche très mince (typiquement entre un solide et un fluide) où la température varie brusquement (présence de phénomènes conductifs et convectifs)

Question 16

Définition de la densité de courant de conducto-convection

Answer 16

jcc = h * (Tsurf - Tfd)
où h le coefficient de Newton en W.m⁻².K⁻¹ dépend du fluide et de la surface du solide
jcc correspond à la puissance surfacique donnée par le solide (donc reçue par le fluide)

Question 17

Résistance thermique associée à l’interface en cas de transfert conducto-convectif

Answer 17

Rth = 1/hS