Les transferts d'énergie - publié le 01/07/2015

Thèmes abordés

Énergie - Environnement, transferts d'énergie, travail des forces de pression, transfert thermique, bilan énergétique, capacité thermique à pression constante

Résumé du document

Noté Q, échange d'énergie thermique entre sytème de températures
différentes (Télevée cède à Tfaible), origine micro, plusieurs modes de transfert :
- conduction : dans un milieu matériel, sans déplacement de matière, par contact direct de proche en proche (micro)
- convection : dans un fluide, par déplacement de matière (macro)
- rayonnement : sans support matériel, par ondes électromagnétiques (émises dans l'IF par les corps chauds, absorbées par les corps froids

Extraits

[...] Transferts d'energie Transformation : un système suit une transformation lorsqu'on modifie une contrainte extérieure (échanges système-milieu extérieur). [...]

[...] Elle conduit le système vers un état d'équilibre final compatible. [...]

[...] Pour un système thermoélastique : Pf,Vf,Tf Pi,Vi,Ti * transformation élémentaire : si les états i et f sont état final état initial infiniment proches (infime variation des grandeurs d'état) * transformation quasi statique : si elle correspond à une succession de transformations élémentaires (toujours proche d'un état d'équilibre, équation d'état vérifiée, grandeurs d'état définies, P=Pext) * transformation réversible : si elle est quasi statique et qu'il est possible d'en inverser le sens en passant par les mêmes états (sinon irréversible - rapide, inhomogène, phénomène dissipatif) * transformation monobare : Pext = cte non donc Pf = Pext * transformation monotherme : Text = cte non donc Tf = Text (thermostat) * transformation isobare (monobare + quasi statique) : P = cte donc Pf = Pi = P * transformation isotherme (monotherme + quasi statique): T = cte donc Tf = Ti * transformation isochore : V = cte donc Vf = Vi = V * transformation adiabatique : Q = 0 (parois calorifugées) Travail des forces de pression : noté échange d'énergie mécanique, origine macro δW = - Pext.dV (travail élémentaire) - le système reçoit du travail lorsqu'il est comprimé (dV Wif = = ∫(if)-Pext.dV ( P non toujours constant) - transformation isochore : Wif = 0 - transformation monobare : Wif = -Pext.ΔVif * dans un diagramme de Clapeyron avec A l'aire sous la courbe de transformation du système sens de lecture) : A = - wif Transfert thermique : noté échange d'énergie thermique entre sytème de températures différentes (Télevée cède à Tfaible), origine micro, plusieurs modes de transfert : - conduction : dans un milieu matériel, sans déplacement de matière, par contact direct de proche en proche (micro) - convection : dans un fluide, par déplacement de matière (macro) - rayonnement : sans support matériel, par ondes électromagnétiques (émises dans l'IF par les corps chauds, absorbées par les corps froids * toute énergie reçue par le sytème de la part du milieu extérieur est positive, et négative si elle est cédée par le système au milieu extérieur * W et Q sont additives et extensives Premier principe : au cours d'une transformation, ΔEif = Wif + Qif * pour un système macroscopiquement au repos : ΔUif = Wif + Qif METHODE : bilan énergétique - calculer ΔUif en connaissant les états initial et final et la nature du système étudié (simplifications et développements) - calculer Wif avec la définition - en déduire Qif avec le 1e principe Enthalpie : autre fonction d'état du système, extensive H = U + PV = * pour un GP : H = (2e loi de Joule) - GPM : H = 5/2.nRT - GPD : H = 7/2.nRT
 * pour une phase condensée : H U donc dH dU = C.dT (avec C = Cv = C peut dépendre de - si C = cte, alors ΔHif = ΔUif = CΔTif * pour une transformation monobare avec le même équilibre mécanique aux états initial et final : ΔHif = Qif * pour une transition de phase : lAB(T) = ΔhAB(T) = hB(T) - hA(T) = enthalpie massique de la transition AB (passage de l'état B à l'état à T et P fixées
 ΔHAB = m.lAB et ΔHAB = et lAB(T) = - lBA(T) Capacité thermique à pression constante : c'est l'énergie qu'il faut fournir ou arracher au système pour modifier sa température de 1K, à pression constante. [...]