Les modes de transfert thermique
Le transfert thermique s'effectue selon trois modes distincts qui agissent différemment selon les milieux. La conduction thermique concerne principalement les solides, où l'agitation thermique se transmet de proche en proche sans déplacement de matière (comme entre une plaque chauffante et une casserole).
La convection thermique se produit dans les fluides (liquides et gaz) avec déplacement de matière. Les zones chauffées, moins denses, s'élèvent et laissent place au fluide plus froid, créant une circulation (c'est ainsi qu'un radiateur chauffe une pièce).
Le rayonnement permet un transfert d'énergie sans support matériel. Tout corps émet ou absorbe des rayonnements électromagnétiques en fonction de sa température, comme lorsqu'un plat est chauffé au micro-ondes.
💡 À retenir : La différence entre conduction, convection et rayonnement réside dans leur mode de propagation - sans déplacement de matière, avec déplacement de matière, ou par ondes électromagnétiques.
Formules et grandeurs importantes
Le flux thermique Φ représente l'énergie thermique transférée par unité de temps et s'exprime en watts W. Pour la conduction, lorsque les températures sont constantes de part et d'autre d'une paroi, on utilise la formule : Φ = TA−TB/Rth, où TA et TB sont les températures et Rth la résistance thermique.
La résistance thermique caractérise l'opposition d'un milieu au transfert de chaleur et se calcule par la formule : Rth = e/(λ × S). Elle augmente avec l'épaisseur (e) et diminue avec la surface d'échange (S) et la conductivité thermique du matériau (λ).
La conductivité thermique est une propriété intrinsèque des matériaux qui varie considérablement selon leur nature. Les métaux ont généralement une conductivité élevée, tandis que les isolants comme la laine de verre ont une conductivité faible, ce qui explique leur utilisation dans la construction.