Lorsque nous étudions les processus de transfert de chaleur qui ont lieu dans deux corps de températures différentes, nous effectuons une étude qualitative du transfert de chaleur qui peut se produire par conduction, irradiation et convection. Cependant, lorsque nous faisons ce type d'étude, nous ne sommes pas concernés par la détermination de la valeur de la quantité de chaleur qui est transférée d'un corps à un autre. Nous apprendrons ensuite à calculer la quantité de chaleur impliquée dans les processus de conduction et d'irradiation.
Conduite
Flux de chaleur entre deux corps
Considérons deux corps avec des températures différentes T1 et T2, étant T2>T1. Si nous unissons ces deux corps avec une barre métallique de section uniforme A et de longueur L, la conduction thermique du plus grand corps se produira. température pour le corps à la température la plus basse, déterminant que ΔQ est la quantité de chaleur qui traverse la barre dans une plage donnée de temps t. Le quotient entre la quantité de chaleur et l'intervalle de temps est appelé
flux de chaleur, qui est représenté par la lettre grecque fi (Φ) et peut s'écrire mathématiquement comme suit :
Si la barre métallique qui relie les deux corps est entourée d'un isolant, on vérifie qu'au bout d'un certain temps cette barre atteint la situation dite régime permanent, qui se caractérise par le fait d'avoir le même flux thermique en tout point de la barre. De ce fait, la barre atteint une température constante dans toute la barre et ne change pas dans le temps.
Expérimentalement, il est possible de vérifier que le flux de chaleur est:
• Directement proportionnel à l'aire de la section de la barre qui joint les deux corps;
• Directement proportionnel à la différence de température entre les deux corps;
• Inversement proportionnel à la longueur de la barre joignant les corps.
En joignant ces trois vérifications et en introduisant une constante de proportionnalité, on peut écrire l'équation mathématique suivante :
Où K est une caractéristique constante du matériau qui compose la barre et s'appelle conductivité thermique. Plus la valeur de cette constante est élevée, plus le flux de chaleur conduit par la barre est important.
Radiation
On sait que le transfert de chaleur par conduction et convection nécessite la présence d'un milieu matériel pour qu'il se produise. Avec le processus de rayonnement, c'est le contraire qui se produit, c'est-à-dire que ce processus n'a pas besoin de moyens pour le transfert de chaleur entre deux corps se produit, comme, par exemple, les transferts de chaleur entre le Soleil et Terre.
D'une manière générale, lorsqu'un verre reçoit une certaine quantité d'énergie rayonnante, par exemple le rayonnement solaire, le corps absorbe une partie de ce rayonnement et le reste est réfléchi. Nous savons que les corps sombres ont la capacité d'absorber plus d'énergie rayonnante que les corps légers.
Considérons un corps dont la surface extérieure a une aire A et qui émet à travers cette aire un rayonnement total de puissance P, qui est l'énergie rayonnée par unité de temps sur tout surface. La relation mathématique suivante est appelée radiance ou puissance émissive (R) d'un corps :
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R = P/A
Et son unité dans le Système international d'unités est W/m2.
Cependant, au milieu du 20e siècle, les scientifiques autrichiens J. Stéphane et L. Boltzmann est arrivé, expérimentalement, à la conclusion que le rayonnement d'un corps est proportionnel à la puissance quatrième de sa température en Kelvin, c'est-à-dire R = σT4. Où σ est appelé la constante de Stefan-Boltzmann et tient à SI σ = 5,67 x 10-8W/m2K4. Cela a été vérifié pour un corps réel, c'est-à-dire des corps qui absorbent ou réfléchissent entièrement tous les rayonnements. Lorsque le corps n'est pas réel, l'équation décrite par Stefan-Baltzmann est ajoutée par une constante appelée émissivité, ainsi: R = eσT4. C'est La loi de Stefan-Boltzmann et grâce à elle, nous pouvons calculer le rayonnement de n'importe quel corps lorsque nous connaissons sa température et son émissivité.
Par MARCO Aurélio da Silva
Équipe scolaire du Brésil
Thermologie - La physique - École du Brésil
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SANTOS, Marco Aurélio da Silva. « Etude quantitative des transferts thermiques »; École du Brésil. Disponible en: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Consulté le 27 juin 2021.
