Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur, est un transfert d'énergie microscopique désordonnée. Cela correspond en réalité à un transfert d'agitation thermique entre particules, au gré des chocs aléatoires qui se produisent à l'échelle microscopique.

Transfert d’énergie thermique

Sens du transfert thermique

Dans l’expérience citée à la définition, le transfert thermique se fait spontanément du corps ayant la température la plus élevée vers le corps ayant la température la plus basse.

Modes de transfert thermique

Transfert thermique par conduction

C’est un transfert d’énergie ayant lieu à travers des corps conducteurs thermique sans déplacement de la matière.

Transfert thermique par convection

C’est un mode de transfert d’énergie avec déplacement de la matière, c’est un déplacement sous forme de courant (air chaud : il s’élève au-dessus de la source chaude)

Transfert thermique par rayonnement

Energie thermique (quantité de chaleur)

Conventions

La capacité thermique massique C

La chaleur massique est la quantité de chaleur qu'il faut apporter à 1 kg d'un corps pour en élever la température de 1°C (ou de 1K)
Elle s'exprime en [kJ / kg.°C] ou [kJ / kg.K].

La capacité thermique $μ$ :

La capacité thermique $μ$ d’un corps de masse m est la quantité de chaleur qu’il faut lui fournir pour augmenter sa température de 1°C ou 1 K.

On pose : $μ = m \cdot C$ alors la relation devient : $Q = μ \cdot (θ_{f} - θ_{i})$

Équilibre thermique

Si on met deux corps à des températures différentes en contact, le transfert thermique se fait de manière spontanée du corps dont la température est plus élevée vers celui dont la température est la plus basse et ce transfert cesse lorsque les deux corps sont à la même température : on dit que l’équilibre thermique est réalisé.

→ Alors l’équilibre thermique se traduit par la relation suivante :

$μ = \sum_{i} μ_{i}$

Et dans ce cas : on a $μ = \sum_{i} μ_{i}$

Transfert thermique avec changement d’état physique d’un corps pur (chaleur latente)

Les différents changements d’état (rappel)

D’autre part on admet que l’énergie Q’ perdue par le corps pur au cours de sa solidification, à température et pression constante, est : $Q^{'} = m \times L_{so l}$ (Q'<0)

Avec : Lsol est la chaleur latente massique de solidification ;

Avec $Q^{'} = - Q$

D’où :

$L_{sol} = - L_{fus}$

De même, on prouve que :

$L_{cond} = - L_{subl}; L_{liqui} = - L_{vap}; L_{sol} = - L_{fus}$

Energie interne et transfert d’énergie : (rappel du premier principe de la thermodynamique)

Si le transfert se fait par travail uniquement, la variation de l’énergie interne du système est :

$Δ U = W$

Avec W est l’énergie de transfert par travail

Si le transfert se fait par chaleur uniquement, la variation de l’énergie interne du système est :

$Δ U = Q$

Avec Q est l’énergie de transfert par chaleur

Si le transfert se fait par chaleur ou par rayonnement et par travail, la variation de l’énergie interne du système :

$Δ U = Q + W$

Conclusion :

Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur, est l'un des modes d'échange d'énergie interne entre deux systèmes, un autre étant le travail : c'est un transfert d'énergie thermique qui s'effectue hors de l'équilibre thermodynamique. On distingue trois types de transfert thermique, qui peuvent coexister :

La conduction, due à la diffusion progressive de l'agitation thermique dans la matière ;
La convection, transfert thermique qui accompagne les déplacements macroscopiques de la matière ;
Le rayonnement, qui correspond à la propagation de photons.

Corps pur	Lfus en (J/kg)	$θ_{f}$ en °C
Glace	3,35× $1 0^{5}$	0
Aluminium	4,04× $1 0^{5}$	660
Fer	2,70× $1 0^{5}$	1635

Transfert d’énergie thermique

Sens du transfert thermique

Modes de transfert thermique

Transfert thermique par conduction

Transfert thermique par convection

Transfert thermique par rayonnement

Energie thermique (quantité de chaleur)

Conventions

La capacité thermique massique C

La capacité thermique μ :

Équilibre thermique

Transfert thermique avec changement d’état physique d’un corps pur (chaleur latente)

Les différents changements d’état (rappel)

Energie interne et transfert d’énergie : (rappel du premier principe de la thermodynamique)

La capacité thermique $μ$ :