Thermique : Comment utiliser et contrôler les transferts thermiques ?

Ch 1 : Distinguer les trois modes de transfert thermique

Réactiver ses connaissances avec le mot mystère page 97 de votre livre Nathan Technique

Activités

1 - démarche d'enquête

Comparateur 2 types de transfert thermique page 97

protocole proposé :

hypothèse 1 : Faire chauffer 2 matériaux différents à la même température et sur une même durée

Mesurer les températures des 2 matériaux et les comparer

            --> les 2 matériaux sont à la même température

hypothèse 2 : poser un glaçon sur 2 matériaux différents à température ambiante (plaque d'acier - plaque de bois de forme équivalente) et mesurer le temps nécessaire pour faire fondre le glaçon.

            --> le glaçon fond plus vite sur l'acier pourtant à la même température que le bois.

La quantité de chaleur transmise est donc plus importante avec l'acier qu'avec le bois.

Chaud, froid, quelle différence ?

1) Objet chaud, objet froid : nos sensations sont-elles fiables ?

A température ambiante, au toucher, un morceau de fer semble plus ……………… qu'un morceau de bois.

Le fer étant un bon ………………………………………………, une quantité de chaleur est rapidement transférée de la main vers le métal.

Par contre, le bois étant un mauvais ………………………………………………, les échanges de chaleur entre la main et le bois sont ………………, ce qui donne l’impression de toucher un objet pratiquement à la même température que la main.

Résumé

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………     ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Activité 1 du livre page 97

Comparer deux types de transfert thermique

la tarte et le plat sont parfaitement à la même température, néanmoins le matériau qui constitue le plat laisse plus facilement passer la chaleur que la tarte

• Dans ce cas la chaleur est transféré par conduction thermique

• Le matériau utilisé pour le plat est souvent un bon conducteur (conduction thermique plus forte ) pour permettre une meilleure cuisson du plat.

• La tarte en elle-même est moins bonne conductrice et donc donne une sensation moins chaude à la main.

2 - Identifier les différents modes de transfert thermique

Les modes de transfert thermique (programme 2021)

Quels sont les modes de transfert de la chaleur ?

Un transfert thermique s’effectue toujours spontanément …………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….

1) La conduction :

La conduction est le moyen par lequel la chaleur circule de ……………………………… dans un matériau ou passe d'un corps à un autre en ……………………………………………, par simple interaction moléculaire. Les molécules du secteur le plus chaud se heurtent vivement entre elles et transmettent leur énergie de vibration aux molécules voisines. Le flux de chaleur va toujours des zones ……………… vers les zones ………………. La conduction concerne plus particulièrement ………………………… car il n’y a pas déplacement de molécules. 

Exemple : 

Prenons l'exemple d'une barre métallique que l'on chauffe à l'une de ses extrémités : l'agitation thermique des atomes situés à l'extrémité chauffée de la barre augmente et se transmet de proche en proche dans la direction inverse du gradient thermique.

La conduction par Eureka (4 min 54)

2) La convection :

Lorsque les molécules d'un fluide froid, tel que l'eau ou l'air, viennent au contact d'une paroi chaude, une partie de l'énergie de vibration animant les molécules superficielles du solide se communique aux molécules voisines du fluide. Le déplacement de chaleur au sein d'un fluide s’effectue ……………………………………………………… de ses molécules d'un point à un autre. Le fluide s'échauffe, se dilate, s'allège et s'élève. De nouvelles molécules ……………………………… remplacent continûment les molécules ……………………………………………………. Cela entraîne une agitation permanente du fluide contre la paroi. La convection concerne plus particulièrement …………………………………… car il y a déplacement de molécules, il ne peut y avoir de convection dans les solides ou dans le vide. 

Exemple :

La convection a lieu par exemple lorsque l'on chauffe une casserole d'eau. Le gradient thermique vertical est dirigé vers le bas. La masse volumique du fluide inférieur s'abaisse (car celui ci est plus chaud) et le fluide s'élève pour être remplacé par du fluide plus lourd situé plus haut. La convection tente de s'opposer au gradient thermique par un mouvement de fluide.

La convection par Eureka (4 min 52)

3) Le rayonnement :

 Les atomes, molécules et électrons libres des corps peuvent perdre, de façon ……………………… …………………………………………, une partie de leur énergie cinétique ce qui donne lieu à l’émission d’un ……………………………………………………………………. Lorsqu’un tel rayonnement est intercepté par la surface d’un corps, une partie est …………………… et se retrouve dans l’énergie cinétique de ces composants, c’est –à dire sous forme de ……………………. Un transfert de chaleur s’opère ainsi (des corps rayonnant ……………………………… vers ceux à …………………………………………………………) sans support matériel. La température d’un objet placé en plein soleil augmente : il y a transfert d’énergie du soleil vers cet objet (sous forme d’ondes ou de particules). Les radiations du soleil assurent un transfert d’énergie depuis la source jusqu’à l’objet qui le reçoit. Ce transfert d'énergie peut s'effectuer ……………………………………………………, on l’appelle ……………………………………. Le rayonnement s’effectue ……………………………………………………………………………… sous forme de rayonnements électromagnétiques ultraviolets (UV), chromatique ou infrarouge (IR)

Le rayonnement par Eureka (4 min 52)

2) La conductivité thermique :

Les matériaux n’ont pas la même capacité à transmettre la chaleur, cela dépend de leur ………………………………………………………………………………, noté  (lambda) et dont l’unité est le W/(m.K).

La conductivité thermique () est une caractéristique propre à chaque matériau.

Elle indique la quantité de chaleur qui se propage par conduction thermique :

• en 1 seconde,

• à travers 1 m² d’un matériau,

• épais d’un 1 m, 

• lorsque la différence de température entre les deux faces est de 1 K (1 K = 1 °C).

L'équilibre thermique entre deux corps de températures initiales......................................... . est atteint lorsque les deux corps sont ....................................... ........ .................. Le corps de température plus haute transfère de................ ........ ................................ au corps de température plus basse jusqu'à ce que les deux corps soient à la même température.