📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
Le transfert thermique est un transfert d'énergie microscopique désordonnée. Il existe trois modes :
- Conduction : Transfert par agitation thermique locale (loi de Fourier : $\vec{j}_{th} = -\lambda \overrightarrow{\text{grad}} T$).
- Convection : Transfert lié au mouvement macroscopique d'un fluide.
- Rayonnement : Transfert par ondes électromagnétiques (Loi de Stefan-Boltzmann : $P = \sigma S T^4$).
En régime permanent, le flux thermique $\Phi$ est conservatif à travers une paroi plane : $\Phi = \frac{T_1 - T_2}{R_{th}}$.
Méthodes à maîtriser
- Établir l'équation de la chaleur : $\rho c \frac{\partial T}{\partial t} = \lambda \Delta T + P_{vol}$.
- Analogie électrique : Utiliser le schéma équivalent (résistances en série/parallèle).
- Calculer la résistance thermique d'un mur plan ($R_{th} = \frac{e}{\lambda S}$) ou d'un cylindre ($R_{th} = \frac{\ln(R_2/R_1)}{2\pi \lambda L}$).
Exemples corrigés
Calcul de flux : Un mur de surface $S=10 , m^2$, épaisseur $e=20 , cm$, $\lambda = 0.8 , W.m^{-1}.K^{-1}$. $T_{int}=20^\circ C$, $T_{ext}=0^\circ C$. $R_{th} = \frac{0.2}{0.8 \times 10} = 0.025 , K.W^{-1}$. $\Phi = \frac{20 - 0}{0.025} = 800 , W$.
Erreurs fréquentes
- Oublier le signe (-) dans la loi de Fourier.
- Confondre la conductivité thermique ($\lambda$) et la diffusivité thermique ($D = \frac{\lambda}{\rho c}$).
- Ne pas convertir les unités (épaisseur en mètres, température en Kelvin si nécessaire).