Les modes de transfert thermique et les systèmes incompressibles

Cette section se concentre sur les systèmes incompressibles et les différents modes de transfert thermique. Pour un système incompressible, comme les liquides et les solides, il n'y a pas de variation de volume, donc le travail W est nul.

Formule: ΔU = Q (pour un système incompressible)

Les trois principaux modes de transfert thermique sont détaillés :

1. Conduction : transfert par contact, sans déplacement macroscopique de matière.
2. Convection : transfert impliquant un déplacement macroscopique de matière.
3. Rayonnement : émission ou absorption d'énergie thermique.

Exemple: Un corps qui chauffe a une variation d'énergie interne positive (ΔU > 0), tandis qu'un corps qui refroidit a une variation négative (ΔU < 0).

Le concept de flux thermique est introduit, correspondant à une puissance thermique.

Formule: Φ = P = ΔE/Δt

La résistance thermique est également abordée, avec l'importance de sa valeur pour l'isolation thermique.

Highlight: Une grande résistance thermique caractérise un bon isolant thermique.

Enfin, la loi de refroidissement de Newton est présentée, établissant que le taux de perte de chaleur est proportionnel à la différence de température entre le corps et le milieu environnant.

Résolution de l'équation différentielle

La dernière partie du cours se concentre sur la résolution de l'équation différentielle établie précédemment. Cette résolution permet d'obtenir l'expression de la température du système en fonction du temps.

Formule: T = (Ti - Text)e^(-t/τ) + Text

Cette équation montre que la température du système évolue de manière exponentielle vers la température extérieure. Le temps caractéristique τ détermine la rapidité de cette évolution.

Highlight: La solution de l'équation différentielle peut s'écrire sous la forme générale T = Ae^(-t/τ) + B, où A et B sont des constantes déterminées par les conditions initiales.

Cette forme mathématique est fondamentale pour comprendre et prédire le comportement thermique des systèmes dans diverses applications pratiques.

Exemple: Dans le cas d'un refroidissement, la température du système diminuera progressivement vers la température extérieure, avec une vitesse de refroidissement qui ralentit au fur et à mesure que la différence de température diminue.

La compréhension de ces équations et de leur signification physique est essentielle pour l'analyse des transferts thermiques et la conception de systèmes thermiques efficaces.