454 Chapitre 17
Échanges d’énergie – Premier principe
Il existe trois modes de transferts thermiques.
• La conduction thermique : c’est un mode de transfert direct d’énergie au sein d’un milieu
matériel, en absence de mouvement macroscopique de matière. Ce transfert s’effectue dans le
sens des températures décroissantes et tend à homogénéiser la température dans le système.
• La convection thermique : un fluide en mouvement reçoit de l’énergie d’un système
chaud et cède de l’énergie au système froid.
• Le transfert par rayonnement thermique : tout corps émet, d’une part, un rayonnement thermique ayant pour origine l’agitation thermique de ses atomes de surface et
absorbe, d’autre part, plus ou moins le rayonnement qu’il reçoit. Il en résulte un transfert
d’énergie par rayonnement, des corps chauds vers les corps froids. Ce transfert se fait aussi
dans le vide car l’énergie est transportée par une onde électromagnétique.
Quels sont les modes de transferts thermiques dans nos trois expériences ?
Dans l’expérience 1, les parois du récipient sont calorifugées (ou athermanes). Il n’y a donc pas
de transfert thermique avec l’extérieur. La transformation est dite adiabatique. L’homogénéisation de la température au sein du gaz se fait par conduction et par convection thermique.
Dans l’expérience 2, les parois du récipient sont perméables au transfert thermique (ou diathermanes). Il y a un transfert thermique, par conduction et convection, entre l’air du four et le système. Au cours de ce transfert, la température de l’air dans le four reste pratiquement constante.
L’air du four se comporte comme un thermostat.
Un thermostat est un système dont la température reste constante et uniforme quelque soit
le transfert thermique avec l’extérieur.
Définition : Thermostat
C’est un modèle théorique. Un système réel s’en approchera si sa capacité thermique
est très grande devant celle du système avec lequel il échange de l’énergie.
Dans l’expérience 3, il s’agit d’un transfert thermique par rayonnement entre le dispositif de chauffage rayonnant et le système.
Comment modéliser les différentes transformations ?
Les transformations subies par un système sont caractérisées par l’absence d’échange par transfert
thermique ou par une variable d’état qui reste constante.
• Transformation adiabatique : transformation au cours de laquelle le transfert thermique
entre l’extérieur et le système est nul.
• Transformation isochore : transformation au cours de laquelle le volume du système reste
constant.
• Transformation isobare : transformation infiniment lente au cours de laquelle la pression
du système reste constante.
• Transformation monobare : le système est en équilibre mécanique avec l’extérieur dans ses
états initial et final et la pression extérieure, c’est-à-dire la pression au niveau de ses
parois mobiles, reste constante au cours de la transformation.
• Transformation isotherme : transformation infiniment lente au cours de laquelle la température du système reste constante.
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Échanges d’énergie – Premier principe
Il existe trois modes de transferts thermiques.
• La conduction thermique : c’est un mode de transfert direct d’énergie au sein d’un milieu
matériel, en absence de mouvement macroscopique de matière. Ce transfert s’effectue dans le
sens des températures décroissantes et tend à homogénéiser la température dans le système.
• La convection thermique : un fluide en mouvement reçoit de l’énergie d’un système
chaud et cède de l’énergie au système froid.
• Le transfert par rayonnement thermique : tout corps émet, d’une part, un rayonnement thermique ayant pour origine l’agitation thermique de ses atomes de surface et
absorbe, d’autre part, plus ou moins le rayonnement qu’il reçoit. Il en résulte un transfert
d’énergie par rayonnement, des corps chauds vers les corps froids. Ce transfert se fait aussi
dans le vide car l’énergie est transportée par une onde électromagnétique.
Quels sont les modes de transferts thermiques dans nos trois expériences ?
Dans l’expérience 1, les parois du récipient sont calorifugées (ou athermanes). Il n’y a donc pas
de transfert thermique avec l’extérieur. La transformation est dite adiabatique. L’homogénéisation de la température au sein du gaz se fait par conduction et par convection thermique.
Dans l’expérience 2, les parois du récipient sont perméables au transfert thermique (ou diathermanes). Il y a un transfert thermique, par conduction et convection, entre l’air du four et le système. Au cours de ce transfert, la température de l’air dans le four reste pratiquement constante.
L’air du four se comporte comme un thermostat.
Un thermostat est un système dont la température reste constante et uniforme quelque soit
le transfert thermique avec l’extérieur.
Définition : Thermostat
C’est un modèle théorique. Un système réel s’en approchera si sa capacité thermique
est très grande devant celle du système avec lequel il échange de l’énergie.
Dans l’expérience 3, il s’agit d’un transfert thermique par rayonnement entre le dispositif de chauffage rayonnant et le système.
Comment modéliser les différentes transformations ?
Les transformations subies par un système sont caractérisées par l’absence d’échange par transfert
thermique ou par une variable d’état qui reste constante.
• Transformation adiabatique : transformation au cours de laquelle le transfert thermique
entre l’extérieur et le système est nul.
• Transformation isochore : transformation au cours de laquelle le volume du système reste
constant.
• Transformation isobare : transformation infiniment lente au cours de laquelle la pression
du système reste constante.
• Transformation monobare : le système est en équilibre mécanique avec l’extérieur dans ses
états initial et final et la pression extérieure, c’est-à-dire la pression au niveau de ses
parois mobiles, reste constante au cours de la transformation.
• Transformation isotherme : transformation infiniment lente au cours de laquelle la température du système reste constante.
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