Mesures de la conduction et de la convection 1

Bilan TP7: géothermie
Activité 1: Mesures de la conduction et de la convection
1- Modélisation de la conduction (transfert dénergie thermique sans transfert de
matière, de proche en proche):
Montage : un thermomètre mesure la température de l’eau en surface, l’autre mesure
la température en profondeur

La résistance haute chauffe l’eau. L’eau chaude superficielle, moins dense ne peut pas se
mélanger à l’eau froide profonde. Le transfert de chaleur s’effectue par conduction (de proche
en proche). le gradient de température mesuré entre la surface et la profondeur est important.
Résultats de l'expérience sur la conduction

2- Modélisation de la convection (transfert d'énergie thermique par mouvements de
matières liés à des différences de densité):
Montage : un thermomètre mesure la température de l’eau en surface, l’autre mesure
la température en profondeur

Résultats de l'expérience sur la convection
La résistance basse chauffe l’eau. L’eau chaude profonde moins dense remonte vers la surface:
c'est un mouvement de convection.
Le transfert de chaleur s’effectue par transfert de matière. Le gradient de température mesuré
entre la surface et la profondeur reste faible.

3- calcul de l'efficacité des modes de transfert
Le calcul du gradient thermique, il faut connaître la distance entre les deux thermosondes (ici
10 cm) et le volume d'eau (ici 1 litre)
Gradient thermique dans le montage 1 (convection):
(83,9°C – 78,6°C)/10 soit 0,53°/cm
Gradient thermique dans le montage 2 (conduction):
(100°C – 20°C)/10 soit 8°C/cm
Quantité d'énergie transférée par convection: (4180 J/kg/°C x 1 kg x (78,6°C-19°C) =
2,49.105J
Quantité d'énergie transférée par conduction: (4180 J/kg/°C x 1 kg x (20°C – 18,4°C) =
6,69.103J
On en déduit que le transfert de l'énergie thermique par convection est plus efficace que
par conduction.
Plus le transfert thermique est efficace, plus le gradient thermique est faible.