FORMULES de PHYSIQUE
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ECHANGE THERMIQUE
-échange thermique
Un échange thermique (ou calorifique) est un transfert d’énergie thermique entre deux corps, entraînant donc une modification de leurs températures
Il n'y a que 3 modes de transferts:
-le rayonnement (sans transport de matière) grâce aux photons, qui traversent rapidement un milieu en atteignant un autre corps, où ils vont lui faire absorber leur énergie (exemple la peau qui se réchauffe par les rayons infrarouges du soleil , même s'il fait froid)
-la conduction se fait aussi grâce aux molécules d'un corps qui voyagent lentement en distribuant une partie de leur énergie cinétique au cours des chocs avec les autres particules rencontrées (les siennes ou celles d'un corps adjacent, appliqué sur le premier) Il y a création de chaleur, mais pas de déplacement de matière.Par exemple ce peut être le contact entre 2 solides
Exemple: notre peau se réchauffe en la trempant dans un liquide stablement chaud, car les molécules chaudes de l’eau choquent les molécules plus fraîches de notre peau en y créant de l’énergie, mais sans qu'il y ait mouvement (l'eau est rigide, dans sa stabilité).
Quand la conduction perdure et affecte, de proche en proche, la profondeur du matériau, on la nomme diffusion -ou plus exactement thermodiffusion- dans laquelle il y a tendance à uniformisation) et les caractéristiques des matériaux interviennent (capacité thermique, conductivité, résistance thermique, etc)
La puissance correspondante est Pd= f*.g / c’
avec Pd(W)= puissance de thermodiffusion dissipée dans un corps
f*(W-m/K)= sa résistivité thermique
c’(J/kg-K)= sa capacité thermique massique
g(m/s²)= pesanteur
La conduction (dixit Fourier) présente les caractéristiques suivantes :
--elle transfère des molécules chaudes vers des zones froides
--elle est fonction de la surface de contact
--elle est fonction du temps de contact (on parle alors de flux de conduction)
--elle est fonction du gradient de température.
Cela se traduit par la formule ΔEq = Cv.ΔT
où ΔEq(J)= conduction = quantité de chaleur acquise par un corps quand il subit une variation de température ΔT(K)
Cv(J/K)= capacité thermique du corps (matériau) à volume constant
et si l'on fait intervenir la durée >>> Pd = ΔT.l / ΔS.c*
où Pd(W)= flux de conduction subie par un corps
c*(K/m-W)= conductibilité
S(m²)= surface normale du corps, par rapport à la direction du flux
T(K)= température absolue
Dl(m)= variation de coordonnée
-la convection est un transfert de chaleur par contact entre 2 corps (dont 1 est fluide), mais avec déplacement de matière.Le premier corps assume un contact déformable et renouvelé entre ses molécules et d'autres molécules proches (les siennes ou celles d'un second corps mitoyen, qui est le plus souvent un fluide)
Le premier transmet ainsi ses molécules chaudes de proche en proche Par exemple l'eau d'une casserole qu'on chauffe, échange de la chaleur de convection entre ses propres molécules, comme le montre le bouillonnement de sa partie chaude vers une autre partie plus froide.
La possibilité de ce transfert est aussi conditionnée par la qualité interne des corps (conducteurs ou isolants) et en particulier par le coeff° de transfert (diffusivité isotherme) κ’ (en W/m²-K)
La convexion peut être naturelle (courant d'air, courant marin...) ou artificielle (circulation d'eau chaude dans une tuyauterie, sous effet d'une pompe)
-la notion d’échange calorifique physiologique est mesurée par la puissance (énergie dans le temps) faisant intervenir les qualités du milieu
Pq= Eq/ t = T.S.κ’
où Pq = puissance (flux), Eq(J)= énergie calorifique échangée entre un corps vivant et le milieu où il évolue, t(s)= temps de l’échange, T(K)= température de discontinuité sur l’interface, S(m²)= surface d’échange, κ’(W/m²-K)= coefficient de transfert thermique du milieu Voir chapitre "contact de notre corps avec la chaleur"
-l’inertie thermique est une notion exprimant le freinage de l'échange calorifique