Mécanismes du transfert de chaleur

Quel que soit le mécanisme de transmission, la différence de température est toujours à l’origine d'un flux thermique.

Plus la différence de température est élevée, plus l'effort d’équilibrage de la température est important.
Ceci revient à dire que flux thermique élevé et gradient de température élevé ne vont pas l’un sans l’autre.

Les différences de température stimulent l'effort d'équilibrage qui implique l’échange d’une quantité de chaleur (énergie thermique).

On distingue 3 mécanismes du transfert de chaleur..

Conduction thermique:

la conduction thermique se produit à l’intérieur de substances qui n'ont pas une température uniforme. Ainsi qu’entre des substances de températures différentes.
Tous les états d'agrégation permettent ce mécanisme de transmission.

L’image de droite montre une vue en coupe (A-A) d’une casserole chauffée. La plaque de cuisson chaude (1) transfère la chaleur à l'eau (3) à travers la fond de la casserole (2). Le flux thermique est représenté par des flèches rouges.

Convection:

La convection est le transport de chaleur dans un fluide en écoulement. Il peut s'agir d'un gaz ou d'un liquide (tous les deux sont des fluides). On distingue la convection libre,durant laquelle le fluide avance sous l’effet de différences de densité dues au réchauffement, de la convection orcée, qui consiste à stimuler l’écoulement du fluide au moyen d’un dispositif technique.

(A) Tour de refroidissement - convection libre :
l'eau chaude s'évapore et réchauffe l'air. La vapeur et l'air s'élèvent en raison des différences de densité..

(B) Ventilateur d'un processeur d'ordinateur - convection forcée :
la chaleur du processeur d’ordinateur (3) est conduite dans des ailettes de refroidissement (2) (conduction thermique). Le ventilateur (1) assure un refoidissement efficace grâce à un écoulement d'air élevé.

Rayonnement calorifique :

Sur toutes les surfaces, de l’énergie est dissipée et absorbée sous forme de rayonnement électromagnétique. Tous les types de rayonnement s’accompagnent d'énergie. L'échange augmente ou diminue la quantité de chaleur d'un corps..

Le soleil est le meilleur exemple de rayonnement calorifique. Des applications techniques sont représentées à gauche :

(A) Spot halogène avec focale :
Le rayonnement de la lampe halogène (1) est concentré dans la focale (2) , ce qui chauffe cet endroit. Le " brasage à la lumière " en constitue une application. Lors du brasage à la lumière, l'énergie de rayonnement est utilisée pour faire fondre la soudure au foyer.

(B) Parasol chauffant :
Une flamme fait rougir la surface (3) sur la partie supérieure. Cela dégage de la chaleur, qui réchauffe l'environnement. La hotte (4) se trouvant au-dessus de l’objet incandescent réfléchit vers le bas la partie qui est émise vers le haut.

De l'énergie thermique est accumulée dans chaque substance dont la température est supérieure au zéro absolu. Comme l’effort d'équilibrage de la chaleur est lié à la température ambiante, la quantité d'énergie thermique échangée n’est pas infinie.

La différence de température détermine la quantité de chaleur qui peut être échangée.