Conduction – Convection – Rayonnement
Le transfert de chaleur est une discipline d’ingénierie qui concerne la production, l’utilisation, la conversion et l’échange de chaleur (énergie thermique) entre des systèmes physiques. En génie électrique, il détermine les paramètres clés et les matériaux des échangeurs de chaleur. Le transfert de chaleur est généralement classé dans divers mécanismes, tels que:
- Conduction thermique . La conduction thermique, également appelée diffusion, se produit dans un corps ou entre deux corps en contact. C’est l’échange microscopique direct de l’énergie cinétique des particules à la frontière entre deux systèmes. Lorsqu’un objet est à une température différente de celle d’un autre corps ou de son environnement
- Chaleur par convection . La convection thermique dépend du mouvement de la masse d’une région de l’espace à une autre. La convection de la chaleur se produit lorsque le flux en vrac d’un fluide (gaz ou liquide) transporte de la chaleur avec le flux de matière dans le fluide.
- Rayonnement thermique . Le rayonnement est un transfert de chaleur par rayonnement électromagnétique, tel que le soleil, sans qu’il soit nécessaire que de la matière soit présente dans l’espace entre les corps.
Conduction
La conduction thermique , également appelée conduction thermique , se produit à l’intérieur d’un corps ou entre deux corps en contact sans implication de flux massique et de mélange. C’est l’échange microscopique direct de l’énergie cinétique des particules à travers la frontière entre deux systèmes. Le transfert de chaleur par conduction dépend de la «force» motrice de la différence de température et de la conductivité thermique (ou de la résistance au transfert de chaleur). La conductivité thermique dépend de la nature et des dimensions du milieu de transfert de chaleur. Tous les problèmes de transfert de chaleur impliquent la différence de température , la géométrieet les propriétés physiques de l’objet étudié. Dans les problèmes de transfert de chaleur par conduction, l’objet étudié est généralement un solide.
Microscopiquement, ce mode de transfert d’énergie est attribué au flux d’électrons libres de niveaux d’énergie plus élevés à plus bas, aux vibrations du réseau et aux collisions moléculaires . Considérons un bloc de pierre à haute température, composé d’atomes qui oscillent intensément autour de leur position moyenne. Aux basses températures , les atomes continuent d’osciller, mais avec moins d’intensité . Si un bloc de pierre plus chaud est mis en contact avec un bloc plus froid, les atomes oscillant intensément au bord du bloc le plus chaud dégagent son énergie cinétique aux atomes les moins oscillants au bord du bloc froid. Dans ce cas, il y a un transfert d’énergie entre ces deux blocs et la chaleur s’écoule du bloc le plus chaud vers le bloc plus froid par ces vibrations aléatoires. La vision moderne consiste à attribuer le transfert d’énergie aux ondes de réseau induites par le mouvement atomique. Dans un isolateur électrique, le transfert d’énergie se fait exclusivement via ces ondes de réseau. Dans un conducteur, cela est également dû au mouvement de translation des électrons libres.
Convection
En général, la convection est soit le transfert de masse soit le transfert de chaleur dû au mouvement massif des molécules dans les fluides tels que les gaz et les liquides. Bien que les liquides et les gaz ne soient généralement pas de très bons conducteurs de chaleur, ils peuvent transférer la chaleur assez rapidement par convection .
La convection a lieu par advection , diffusion ou les deux. La convection ne peut pas avoir lieu dans la plupart des solides car ni diffusion importante de la matière ni flux de courant en vrac ne peuvent avoir lieu. La diffusion de la chaleur a lieu dans des solides rigides, mais c’est ce qu’on appelle la conduction thermique .
Le processus de transfert de chaleur entre une surface et un fluide s’écoulant en contact avec elle est appelé transfert de chaleur par convection . En ingénierie, le transfert de chaleur par convection est l’un des principaux mécanismes de transfert de chaleur . Lorsque la chaleur doit être transférée d’un fluide à un autre à travers une barrière, la convection est impliquée des deux côtés de la barrière. Dans la plupart des cas, la principale résistance au flux de chaleur se fait par convection. Le transfert de chaleur par convection a lieu à la fois par diffusion thermique (le mouvement aléatoire des molécules de fluide) et par advection, dans laquelle la matière ou la chaleur est transportée par le mouvement à plus grande échelle des courants dans le fluide.
Transfert de chaleur par rayonnement
Dans les chapitres précédents, nous avons discuté de la convection et de la conduction , qui nécessitent la présence de matière comme milieu pour transporter la chaleur de la région la plus chaude à la région la plus froide. Mais un troisième type de transfert de chaleur, le transfert de chaleur par rayonnement , se produit sans aucun support. En général, le transfert de chaleur par rayonnement d’une surface à une autre est le rayonnement quittant la première surface pour l’autre moins celui arrivant de la deuxième surface. Le transfert de chaleur par rayonnement est médié par le rayonnement électromagnétique , connu sous le nom de rayonnement thermique , qui se produit en raison de la température d’un corps. Tout matériau dont la température est supérieurele zéro absolu dégage de l’énergie rayonnante . La plupart de l’ énergie de ce type se trouve dans la région infrarouge du spectre électromagnétique, bien qu’une partie se trouve dans la région visible. L’un des exemples les plus importants de transfert de chaleur par rayonnement est l’absorption par la Terre du rayonnement solaire, suivi de son rayonnement thermique sortant. Ces processus déterminent la température et le climat de la Terre.
Source: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
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