NOTIONS DE PHYSIQUE ET THERMOPHYSIQUE

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1 NOTIONS DE PHYSIQUE ET THERMOPHYSIQUE Introduction: La thermophysique est une branche de la physique classique qui traite des phénomènes physiques en relation avec les manifestations de chaleur. La thermophysique comprend de nombreuses sous branches dont: - la thermométrie qui concerne la mesure des températures, - la dilatométrie qui étudie les lois de dilatation des solides, liquides ou des gaz, - la calorimétrie qui permet de déterminer les capacités thermiques massiques, - la thermocinétique qui traite de la propagation de la chaleur. 1) La pression : 11) Définition: On appelle pression l'action d'une force s'exerçant de façon uniforme sur une surface. Les molécules de gaz se déplacent constamment à des vitesses et des directions variables. Ce sont leurs chocs contre les parois du récipient qui engendrent la pression. Cette pression est variable en fonction de la température (excitation moléculaire). NB: plus la température est élevé plus l'excitation moléculaire est importante. 12) Les unités: 121) L'unité légale du système SI (le Pascal), correspond à une pression uniforme exercée perpendiculairement par une force de 1 Newton sur une surface plane de 1 mètre carré. 1N 1Pa = 1m 2 122) La pression atmosphérique = Pa. Pour des raison de facilité d'emploi nous utilisons le m bar ou comme dans le froid le bars. 1 bar = Pa 13) Pressions relatives - pressions absolues: Pression relative: c'est la pression lue sur le manomètre, elle n'indique que la pression du fluide mesuré. Pression absolue: cette pression tient compte de la pression atmosphérique, en plus de la pression du fluide mesuré. P abs = P rel + P atm Attention: la pression absolue est utilisée sur certaines réglettes de correspondance et sur les diagrammes enthalpiques.

2 14) Appareils de mesure et de contrôle de la pression: Le baromètre: C'est un instrument servant à mesurer les pression d'air. Cela permet de prévoir les changements atmosphériques. Le manomètre: C'est l'outil indispensable du frigoriste. Il mesure la pression des fluides. Le pressostat: Il contrôle l'installation frigorifique. Il permet sa régulation ou sa protection. 15) Table de conversion: pa mbar bar kg/cm2 mm H2o mmhg psi pascal N/m2 1 0,01 0, , ,102 0,0075 0, millibar ,001 0, ,20 0,750 0,0145 bar , ,5038 kg par cm , ,2233 mm colonne d'eau 9,81 0,098 0, , ,0736 0, mm mercure 133,3 1,33 0, , ,59 1 0,01934 pound per sp inch 6895,06 68,95 0, , ,31 51, ) La température 21) Définition: C'est le niveau atteint par la chaleur dans un corps. Tous les corps sont composés de molécules animées d'un mouvement continuel. Cette agitation augmente en vigueur lorsqu'un corps est chauffé. Par contre, elle ralentie lorsque le corps est refroidi. A la température -273,15 C cette agitation cesse complètement. 22) Mesure et contrôle de la température: Pour repérer le niveau atteint par la chaleur, l'homme ne peut se fier avec précision à ses sens personnels. Il fait donc appel aux phénomènes physiques mesurables qui accompagnent les variation de température comme: - dilatation d'un solide, liquide ou gaz, - augmentation du rayonnement lumineux, - dilatation de la résistivité électrique. Pour la mesure on dispose: - du thermomètre - du pyromètre Pour le controle on dispose: - du thermostat 23) Les différentes échelles utilisées:

3 231) Echelle centésimale CELSIUS: Le 0 C indique la température de la glace fondante (à la pression atmosphérique). Le 100 C indique la température de l'eau portée à ébullition. 232) Echelle KELVIN: C'est une échelle centésimale dont l'origine est le 0 degré absolu, c'est à dire -273,15 C. Le degré KELVIN est l'unité légale d'élévation de température. On écrit: 100 K et on dit: cent KELVIN. 233) Echelle FAHREINHEIT: Le 0 C a été fixé arbitrairement. C'est une échelle thermométrique encore en usage dans les pays anglo-saxons et au Japon. 24) Conversion des différentes échelles: 241) Conversion de C en F Exemple: 10 C pour ce faire il faut: multiplier par 9 10 x 9 = 90 diviser par 5 90 / 5= 18 ajouter = 50 F 242) Conversion de F en C Exemple: 50 F pour ce faire il faut: enlever = 18 multiplier par 5 18 x 5= 90 diviser par 9 90/9=10 C 25)Table de conversion: C F C F C F C F

4 3) La chaleur: 31) Définition: C'est une des formes de l'énergie qui a pour effet d'élever la température, de dilater, de faire fondre, de vaporiser ou de décomposer un corps. 32) Unités de quantités de chaleur: 1 CALORIE = 4,18 JOULES Pour la compréhension, nous allons dans un premier temps raisonner par la calorie. Une calorie est la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1 C une masse de 1 gr d'eau pure, (ceci à une température = 15 C). Avant la mise en place du joules, nous avions à notre disposition la calorie vue au dessus et la frigorie (son inverse). 1Fg = 1 kcal Unité legale: le joule Il est possible de transformer une quantité de chaleur en un travail et inversement. Une seule unité suffit pour représenter ces 2 formes d'énergie. 33) Table de conversion: j Wh kgm kcal ch.h BTU kwh Hph 1J 1 0, ,102 0, , x10-7 0, , 8x10-8 3, 728x10-7 1Wh ,860 0, ,412 0,001 0, kgm 9,81 0, , , x - 6 0, , x -6 3, 659x10-6 1kcal , , ,968 0, , ch.h - 2, 649x ,24 1 2,509 0,736 0, BTU 1052,6 0, ,64 0,252 0, 3986x , 931x , 393x10 3 1kWh 3,6x ,67x , ,5 1 1,3414 1Hph 2,686x , , , J = joule Wh = Wattheure kgm = kilogrammétre kcal = kilocalorie Hp.h = horse power hour ch.h = cheval vapeur heure BTU = british thermal unit kwh = kilowattheur

5 34) La transmission de chaleur: La transmission de chaleur est régie par deux principes fondamentaux: La chaleur va toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid. La chaleur s'écoule d'autant plus rapidement que la différence de température entre les deux corps est importante. PAS D'ECHANGE 20 C 20 C 0 C 90 C Cette transmission peut s'effectuer par trois modes: - la conduction - la convection - le rayonnement 341) La conduction: La transmission de chaleur par conduction, se fait dans la matière par contact direct. La vitesse de propagation dépend du pouvoir thermique des matériaux traversés. Exemple: Dans le cas d'un mur de chambre froide, composé de 5 matériaux: ciment (e1), brique (e2), isolant (e3), enduit (e4) et carrelage (e5), le coefficient de conductivité du mur prendra en compte tous les coefficients des différents matériaux. 342) La convection: La transmission de chaleur par convection, se fait par l intermédiaire d un fluide. Naturelle: le médium entre en mouvement par différence de densité, les parties chaudes étant plus légères et véhiculant la chaleur.

6 Forcée: le médium est mis en mouvement par un moyen mécanique, la vitesse améliore l'échange thermique. 343) Le rayonnement La transmission de chaleur par rayonnement, se fait par l émission et la réception d ondes électromagnétiques. Un corps chaud émet une ou plusieurs radiations électromagnétiques qui sont absorbées puis transformées en chaleur par le corps froid (ex: le soleil). Les corps peint en noir rayonnent plus que les autres. Leur pouvoir émissif est supérieur (condenseur de réfrigérateur ménager).

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