29 Conduction thermique
1. EN QUELQUES MOTS…
La conduction thermique est un phénomène de transport par transfert thermique. Ses principales propriétés sont décrites et comparées à celle de la conduction électrique.
2. CE QU’IL FAUT RETENIR…
a) Conduction thermique ou diffusion thermique
c Le système étudié est hors équilibre thermodynamique. Dans ce système, il existe des inhomogénéités de température qui entraînent un transfert thermique d’énergie, sans transport
macroscopique de matière : c’est la conduction thermique.
Dans les fluides, la conduction thermique est très souvent masquée par la convection, qui
s’accompagne de mouvements macroscopiques de matière.
c Nous ne considérerons que des écarts faibles à l’état d’équilibre thermodynamique, décrits
par la thermodynamique linéaire hors équilibre.
b) Conductivité thermique
c La densité de courant thermique
est le transfert thermique traversant l’unité de surface
par unité de temps.
c Loi de Fourier
Définition : un déséquilibre thermique entraîne une densité de courant thermique qui tend à
réduire le déséquilibre qui lui donne naissance et dont l’importance est proportionnelle à la
grandeur du déséquilibre tant que celui-ci n’est pas trop important ; la loi de Fourier de la
conduction thermique s’écrit ainsi :
À une dimension, selon x, cette loi s’écrit :
– La conductivité thermique K T est positive, d’où le signe "–" dans la loi de Fourier.
– La densité de courant thermique est orientée dans le sens des températures décroissantes.
– Cette loi phénoménologique est linéaire et vérifie le second principe.
La valeur de K T est donnée pour quelques matériaux à température et pression ambiantes :
Les métaux sont de bons conducteurs thermiques, les isolants et les gaz en sont de mauvais.
δQ : transfert thermique traversant la surface (J)
dA : surface (m 2 ) ; dt : intervalle de temps (s)
: vecteur unitaire normal à la surface
: densité de courant thermique (W.m -2 )
K T : conductivité thermique (W.m –1 .K –1 )
: densité de courant thermique (W.m –2 )
T : température (K)
Matériau
air
eau
cuivre
acier
verre
béton
laine de verre
K T (W.m −1 .K −1 )
0,026
0,6
390
16
1,2
0,9
0,04
j th
δQjn At
=⋅
th
dd
n
j th
dA
n
th
j
jK
T
th
T
=− grad
j th
jx tK
Txt
x
th
T
,
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() =−
∂ ()
∂
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1. EN QUELQUES MOTS…
La conduction thermique est un phénomène de transport par transfert thermique. Ses principales propriétés sont décrites et comparées à celle de la conduction électrique.
2. CE QU’IL FAUT RETENIR…
a) Conduction thermique ou diffusion thermique
c Le système étudié est hors équilibre thermodynamique. Dans ce système, il existe des inhomogénéités de température qui entraînent un transfert thermique d’énergie, sans transport
macroscopique de matière : c’est la conduction thermique.
Dans les fluides, la conduction thermique est très souvent masquée par la convection, qui
s’accompagne de mouvements macroscopiques de matière.
c Nous ne considérerons que des écarts faibles à l’état d’équilibre thermodynamique, décrits
par la thermodynamique linéaire hors équilibre.
b) Conductivité thermique
c La densité de courant thermique
est le transfert thermique traversant l’unité de surface
par unité de temps.
c Loi de Fourier
Définition : un déséquilibre thermique entraîne une densité de courant thermique qui tend à
réduire le déséquilibre qui lui donne naissance et dont l’importance est proportionnelle à la
grandeur du déséquilibre tant que celui-ci n’est pas trop important ; la loi de Fourier de la
conduction thermique s’écrit ainsi :
À une dimension, selon x, cette loi s’écrit :
– La conductivité thermique K T est positive, d’où le signe "–" dans la loi de Fourier.
– La densité de courant thermique est orientée dans le sens des températures décroissantes.
– Cette loi phénoménologique est linéaire et vérifie le second principe.
La valeur de K T est donnée pour quelques matériaux à température et pression ambiantes :
Les métaux sont de bons conducteurs thermiques, les isolants et les gaz en sont de mauvais.
δQ : transfert thermique traversant la surface (J)
dA : surface (m 2 ) ; dt : intervalle de temps (s)
: vecteur unitaire normal à la surface
: densité de courant thermique (W.m -2 )
K T : conductivité thermique (W.m –1 .K –1 )
: densité de courant thermique (W.m –2 )
T : température (K)
Matériau
air
eau
cuivre
acier
verre
béton
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K T (W.m −1 .K −1 )
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