2)a) On considère un fluide en mouvement (par exemple de la gauche vers la droite). On définit un système qui regroupe la masse fluide enfermée dans une surface fermée. La surface se déplace avec le fluide (en effet, tout point F de la surface a la même vitesse que le fluide en ce point). Le système est donc de masse constante. En réalité, il n'y a pas d'échanges de matière à l'échelle macroscopique alors que ce n'est pas le cas à l'échelle microscopique. Les particules sortent et entrent de la surface fermée de façon compensée (... ) Sommaire I) Les différents modes de transferts thermiques A. Équilibres thermodynamiques B. Diffusion et généralités C. Les différents modes de transfert thermique D. Loi de Fourier E. Phénomène conducto-convectif II) Équation de diffusion thermique A. Etablissement de l'équation B. Exemple sur un problème à une dimension III) Conditions aux limites A. Cours diffusion thermique et photovoltaïque. Conditions aux limites de Dirichlet B. Conditions aux limites de Neumann C. Conditions aux limites de Fourier IV) Diffusion thermique en régime indépendant du temps A.
En fait la loi de Fourier traduit ce que nous savons du second principe. Toutefois la loi de Fourier va un peu plus loin en précisant comment l'énergie se déplace. c) limites ✧ La loi de Fourier est une loi linéaire faisant apparaître une dérivée première de l'espace (le gradient). Cours diffusion thermique et acoustique. Autrement dit, utiliser la loi de Fourier revient à limiter au premier ordre les effets de la diffusion: il ne faut pas que grad ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ T soit trop grand sinon il faudrait ajouter un terme correctif (non linéaire) du second ordre. ✧ De plus si grad ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ T varie trop rapidement, il peut y avoir un temps de réponse (retard) au niveau moléculaire entre J⃗⃗⃗⃗⃗ th et grad ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ T. ✧ Enfin, pour pouvoir utiliser la loi de Fourier il faut que le matériau soit isotrope sinon le λ sera dépendante de la direction. ✧ C'est ainsi que dans le graphite, matériau composé de feuillets de carbone, la conductivité thermique suivant les feuillets est plusieurs centaines de fois plus grande que la conductivité thermique entre les feuillets.
Le transfert thermique δQ éch échangé entre deux systèmes s'écrit δQ éch = Φ q × dS × dt où: ➜ dS est l'aire de la surface à travers laquelle se fait l'échange; ➜ dt est la durée de l'échange; Flux traversant une surface dA ⃗⃗⃗⃗⃗ ➜ δQ éch ≷ 0 est le flux surfacique thermique en W. m −2, c'est un flux surfacique de puissance algébrique. ✧ Parfois δQ est noté δ 2 Q pour insister sur le fait qu'il provient de deux infiniment petits de nature différentes (un d'espace et un de temps). Cours de thermodynamique. ✧ Cette relation impose le fait que le transfert thermique est proportionnel à la surface d'échange et à la durée d'échange. 4) Loi de Fourier Cette loi, établie expérimentalement par Fourier, est de nature phénoménologique comme le sont les lois d'Ohm et de Fick. C'est donc une loi constitutive et non structurelle. Elle traduit, à l'approximation linéaire, la proportionnalité du courant volumique thermique J⃗⃗⃗⃗⃗ th (M, t)et du gradient de la température T(M, t), ce que l'on écrit sous la forme: J⃗⃗⃗⃗⃗ th (M, t) = −λgrad ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ T(M, t) avec λ conductivité thermique où: J⃗⃗⃗⃗⃗ th est le vecteur densité surfacique de courant thermique en volume.
Il est dû à une différence de température entre deux milieux en contact; ce transfert se fait sans déplacement global de matière. La convection thermique: Au contraire de la conduction thermique, ce mode de transfert autorise le transfert global de matière. Le rayonnement: - émission: un corps porté à une certaine température émet un rayonnement électromagnétique; c'est une conversion d'énergie matérielle ( énergie de vibration, de rotation, énergie électronique) en énergie radiative ( électromagnétique) - absorption: il s'agit d'une conversion inverse d'énergie e. m en énergie matérielle. ] III Conditions aux limites. Conditions aux limites de Dirichlet Il s'agit ici d'imposer la température en tous point d'une surface et ceci, à chaque instant. On donne par exemple Ceci est cependant très difficile à réaliser puisqu'il est quasiment impossible d'obtenir une température uniforme sur un pan entier de mur. Cours-diffusion thermique(2)-résistance thermique- lois d'association - YouTube. Conditions aux limites de Neumann: Il s'agit ici d'imposer un flux surfacique d'énergie pour tout les points d'une surface et ceci, à chaque instant.
Par exemple, on impose le flux surfacique en x=0 (par convection, par rayonnement ou les deux): on considère alors que le flux qui pénètre dans le mur à travers le plan x=0 est fixé (constant). ] ( Grandeurs intensives: Température, Pression) Equilibre Thermodynamique Local (E. L): Il s'agit dans ce chapitre d'étudier des systèmes hors équilibre; et ainsi d'envisager les différents mécanismes qui tendent à faire retourner le système vers l'équilibre. Dans la suite du chapitre, on supposera qu'il existe un déséquilibre faible. Cours - Diffusion thermique - AlloSchool. Ainsi, on pourra introduire en chaque point, et à chaque instant, les champs ρ(M, caractérisant, de manière locale, la pression, la température, la masse volumique. ]
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