FORMULES de PHYSIQUE
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CHALEUR
-chaleur
Chaleur est synonyme d’énergie calorifique (ou thermique)
On voit souvent l’expression "quantité de chaleur", ce qui ne veut rien dire de plus que "chaleur"
La chaleur est issue de 4 sources (qui sont toutes des chocs inter-particulaires):
1-mécanique, grâce à l’échange d’énergie cinétique des atomes de corps (frottements, conduction)
2-chimique, grâce à la combustion (échange de particules entre divers corps)
3-électrique, grâce à la résistance des atomes d’un conducteur, s’opposant au courant (effet Joule, convection)
4-de rayonnement électromagnétique, par action des rayons heurtant les particules constitutives d’un corps
Equation aux dimensions :L2.M.T-2 Symbole Eq Unité S.I.+ : le Joule (J)
Relations avec d'autres unités :
1 tonne d’équivalent charbon (T.e.c) vaut 2,7 .1016 J.
1 tonne d’équivalent gaz naturel vaut 4,2 .1014 J.
1 tonne d’équivalent pétrole (T.e.p) vaut 4,2 .1010 J.
1 thermie (th) vaut 4,185.106 J.
1 kilowatt-heure (kwh) vaut 3,600.106 J.
1 kilocalorie (kcal) vaut 4,185.103 J
1 grande Calorie (Cal) vaut 4,185.103 J.
1 (kilo)frigorie (fg) vaut -4,185.103 J.
1 British thermal unit (B.T.U) vaut 1,055.103 J.
1 (petite)calorie (cal)--terme désuet-- valait 4,185. J.
1 Gigaélectronvolt (GeV) vaut 1,602.10-10 J.
Toutes les notions dont l’expression commence par le mot "chaleur "sont des énergies (thermiques, dont souvent des enthalpies) >>> telles: chaleur de combustion, chaleur de vaporisation, chaleur de fusion, etc...indiquant l'énergie calorifique développée (ou réclamée pour changer d'état) dans une combustion, une vaporisation, une fusion, etc..
C'est par exemple la chaleur Eq = c'.m.T produite par l'élévation de température T d'une masse m d'un corps ayant une capacité thermique massique(c')
ÉQUATION de la CHALEUR
1..δT/δt = nt[δ²T / δx² + δ²T / δy² + δ²T / δz²]
avec T(K)= température absolue
x, y, z(m) et t(s)= coordonnées spatio-temporelles
nt(m²/s)= coefficient de diffusivité
nt est par ailleurs égal à (c*.V / C) où c*(W/m-K)= résistance linéique thermique
C(J/K)= capacité thermique et V(m3)= volume
2..On peut aussi écrire l'équation générale de la chaleur, sous la forme :
dT / dt = nt.ΔT + P* / ρ'.c'
où T(K)= température absolue
t(s)= temps
nt(m²/s)= constante de diffusion thermique
Δ(m-2)= Laplacien
P*(W/m3)= puissance volumique (production instantanée volumique de chaleur)
ρ'(kg/m3)= masse volumique du matériau
c'(J/kg-K)= capacité thermique massique
3..On peut aussi écrire l'équation raccourcie de la chaleur, sous la forme (issue de la loi de Fourier):
dT / dt = l* .d²T / ρ'.c'.dl² où l*(W/m-K) est la conductivité thermique et l(m) est une coordonnée
GRANDEURS DERIVEES de la CHALEUR
-chaleur (énergie thermique) instantanée voir puissance calorifique
-chaleur (énergie thermique) surfacique ou densité superficielle de chaleur
c’est l’énergie absorbée, ou transmise (irradiation thermique), ou reçue dans une surface donnée >>
W’ = E / S où S(m²) est la surface et E(J) l’énergie voir chapitre spécial
-chaleur (énergie thermique) surfacique spatiale
C’est une énergie spatiale, ramenée à une surface donnée .C'est synonyme de Fluence énergétique S' = A* / S A* (J/sr)= énergie spatiale émise par sa surface S(m²)
-chaleur (énergie thermique) massique
voir chaleur massique avec pouvoir calorifique massique
voir aussi enthalpie massique(q’H)
-chaleur (énergie thermique) molaire
C’est une chaleur ramenée à une quantité de matière
E* = E / q E(J)= énergie calorifique et q(mol) quantité de matière
-chaleur molaire de combustion
Energie calorifique produite (à conditions T.P.N) par la combustion de la mole q d’un corps E*c = Et / q
-densité superficielle d'énergie th. molaire E(J)= énergie globale des particules impliquées dans la quantité de matière q passant dans la surface S(m2)
-chaleur (énergie thermique) volumique ou Densité volumique de quantité de chaleur
pv = Et / V énergie thermique Et(J) contenue dans volume V(m3)
et aussi dpv / dt = div.p*t
où pv(J/m3)= densité volumique de chaleur (énergie volumique)
p*(W/m2)= densité surfacique de flux de chaleur