Transferts de chaleur... ème 2 épisode! 1
Rappel : Les 3 modes de transfert de chaleur Le transfert d'énergie thermique (de chaleur) entre deux corps s'effectue toujours du corps chaud vers le corps froid, selon trois modes de transfert possibles : Convection Rayonnement Conduction 2
Rappels : Coefficient de transmission thermique et résistance thermique Ecart de température en C Flux de transfert thermique en Watt θf K G. S. θc θf θc Coefficient de transmission thermique global en W.m 2. C 1 Surface de séparation en m2 La résistance thermique caractérise la propriété d'un matériau à 1 «résister au flux de chaleur» : R G θf < θc d ' où K G S. θc θf RG Résistance thermique en m2. C.W 1 3
Transfert de chaleur à travers un mur S.(θC θf ) Q ϕ Δt R Q R est la résistance thermique de la paroi, elle indique sa capacité à ralentir le transfert de chaleur. Plus sa valeur est grande plus la paroi est isolante. Epaisseur e (en m) Epaisseur du mur en m R est proportionnelle à l'épaisseur «e» du matériau, et inversement proportionnelle à la conductivité thermique «λ» du matériau. e R λ Résistance thermique en m2.k.w 1 Conductivité thermique en W.m 1.K 1 4
A vous de jouer! Quelle est la résistance thermique de la couche de béton (d'épaisseur 20 cm) sachant que la conductivité thermique du béton est : λbéton 0,17 W.m 1.K 1 R béton e λ béton 0,2 1, 2 m ². K. W 1 0,17 Quel est le flux de transfert thermique à travers un m² de la couche de béton? S. θc θf R béton 1. 1 9, 9 1 1 9, 4 5 0,38W 1,2 A votre avis, quel est le flux de transfert thermique à travers un m² de la couche de matériau isolant «Néopor»? Exactement le même puisque il faut bien que la quantité de chaleur qui va traverser le bloc de Néopor aie traversé au préalable la couche de béton... Et c'est aussi la quantité de chaleur qui traverse le mur entier! 5
A vous de jouer! En déduire la résistance thermique de la couche de Néopor et la comparer à celle du béton. R neopor S.(θC θf ) ϕ 1.(19,45 +9,91) 1 77,3 m².k.w 0,38 R béton Quelle est la résistance thermique des couches de Néopor et de béton réunies? R neopor + béton R neopor + béton S.(θC θf ) ϕ 1.(19,91+9,91) 1 78,3 m².k.w 0,38 Que peut on remarquer? R neopor + béton R neopor + R béton 6
Transfert de chaleur à travers un mur constitué de plusieurs couches de matériaux différents Les résistances thermiques des différentes couches s'ajoutent pour former celle du mur complet : RMUR R1 + R2 + Ra + R3 7
Exercice d'application : Quelle est la résistance thermique d'un simple vitrage d'épaiseur 4 mm, sachant que la conductivité thermique du verre est λverre 1,2 W.m 1.K 1? R verre e λ verre 0,004 3 1 3,33.10 m².k.w 1,2 Quelle est la résistance thermique d'un double vitrage d'épaiseur 4 16 4 mm, sachant que la conductivité thermique de l'air est λair 2,5. 10 2 W.m 1.K 1? R air e 0,016 2 1.10 0,64 m².k.w 2,5 λ air R D o u b l e vitrag e R v e r r e R a i r R v e r r e 3, 3 3. 1 0 3 0, 6 4 3, 3 3. 1 0 3 0, 6 5 m ². K. W 1 8
Transfert thermique par rayonnement En physique, un corps noir est un objet idéal qui absorberait toute l'énergie électromagnétique qu'il recevrait, sans en réfléchir ni en transmettre. La puissance rayonnée par une surface S d'un corps noir dépend uniquement de sa température et se calcule à l'aide de la loi de Stephan : Température du corps en K Puissance rayonnée en W σ. S. T 4 Constante de Stephan 8 2 σ 5,67. 10 W.m.K 4 Surface du corps en m2 9
Transfert thermique par rayonnement La puissance rayonnée par unité de surface,appellée émittance M dépend de la température du corps et de son emissivité ε : Emittance en W.m 2 Température du corps en K M σ. ε. T Constante de Stephan σ 5,67. 10 8 W.m 2.K 4 4 Emissivité sans unité L'émissivité ε est un coefficient compris entre 0 et 1. Pour le corps noir ε 1 et pour un miroir idéal (parfaitement réfléchissant) ε 0. 10
Transfert thermique par rayonnement On peut observer les zones «chaudes» avec une caméra infra-rouge, car c'est principalement dans ce domaine de longueur d'onde que le rayonnement du à la chaleur apparait. Ponts thermiques dans une habitation : La longueur d'onde émise dépend de la température du corps http://ressources.univ-lemans.fr/acceslibre/um/pedago/physique/02/thermo/corpnoir.html 11