Un transfert thermique peut provoquer un changement d'état d'un corps et modifier son énergie interne.
Un transfert thermique entre deux corps s'effectue toujours du corps chaud vers le corps froid.
Si le contact dur suffisamment longtemps, les deux corps finissent par être à la même température : ils sont alors
en équilibre thermique.
La conduction est un mode de transfert thermique qui s'effectue sans transport de matière.
La convection est un mode de transfert thermique qui s'effectue avec un transport de matière.
Le transfert thermique par rayonnement est généré par l’absorption ou l’émission d’un rayonnement
électromagnétique.
Flux thermique
Les transferts thermiques entre les systèmes ne sont pas instantanés : ils évoluent en fonction du temps.
Définition
Le flux thermique Φ caractérise la vitesse du transfert thermique Q, pendant une durée Δt, au sein d’un
système ou entre différents systèmes : Φ =
avec Q en J, Δt en s et Φ en W
Cas d’une paroi plane
La capacité d’un matériau à transférer l’énergie thermique est donnée pas sa conductivité thermique λ : un bon
conducteur thermique est caractérisé par une valeur de λ élevée, un bon isolant par une valeur faible.
A travers une paroi plane d’aire S et d’épaisseur e, constituée d’un matériau de conductivité thermique λ, le flux
thermique s’écrit :
Φ =
(T1- T2) =
ΔT
λ en W.m-1.K-1 , S en m² , e en m, T en K et Φ en W
Par analogie avec la loi d’ohm (UAB = R.I) , on définit la résistance thermique ΔT = Rth . Φ :
Rth =
en K.W-1
Une paroi de grande résistance thermique est un bon isolant thermique.
Lorsque plusieurs parois sont accolées, la résistance thermique totale est égale à la somme des résistances
thermiques de chaque paroi.
Bilan d’énergie
L’énergie totale E, d’un système est la somme de son énergie interne U, d’origine microscopique, et de son
énergie mécanique Em d’origine macroscopique : E = U + Em
Pour établir le bilan énergétique d’un système, on epxrime la variation ΔE de l’énergie totale en fonction du
transfert thermique Q et du transfert W dû aux travaux échangés avec l’extérieur, autres que ceux des forces
conservatives :
ΔE = ΔU + ΔEm = Q + W
Par convention tout ce qui est reçu par le système est compté positivement, et négativement ce qui est perdu
(échange vers l’extérieur).