Bilan : Synthèse et méthode sur la thermodynamique et les transferts thermiques
Terminale générale Spé · Physique-Chimie Spé Terminale
À retenir
• Bilan complet : dUdt = P_chauffage - _pertes. • Résistance thermique : R_th = e/ S et flux stationnaire = TR_th. • Analogie électrique : I , U T, R R_th. • Constante de temps : = m c/h S ; régime permanent après 5. • Tangente à l'origine : elle coupe l'asymptote horizontale T = T_ext en t = .
Le cours
Méthodologie complète de résolution d'un problème thermique Une étude thermodynamique rigoureuse repose sur une suite ordonnée d'étapes d'analyse : • Étape 1 : Définir le système et ses frontières : préciser le système étudié, vérifier sa nature (système fermé), son état physique (corps incompressible au repos E_m = 0) et inventorier les échanges d'énergie. • Étape 2 : Établir le bilan d'énergie (1er principe) : U = W + Q ou en continu dUdt = _reçu - _perdu • Étape 3 : Relier U aux grandeurs d'état : - Sans changement de phase : U = m c T. - Avec transition de phase à température constante : Q = m L. • Étape 4 : Modéliser les déperditions thermiques : - Conduction en régime permanent à travers des parois : = TR_th avec R_th = e/ S (association de résistances en série R_th,tot = R_th,i). - Convection avec le milieu extérieur selon la loi de Newton : = h S (T(t) - T_ext). • Étape 5 : Résoudre l'équation différentielle temporelle : dTdt + 1/ T(t) = 1/ T_ext T(t) = T_ext + (T_0 - T_ext)\,e^-t/ avec = m c/h S
Dans ce chapitre
- Échelles de température Celsius et Kelvin
- Changements d'état et énergie massique de changement d'état
- Frontières d'un système thermodynamique
- Énergie interne et énergie totale d'un système
- Premier principe de la thermodynamique
- Capacité thermique massique et échauffement sans transition de phase
- Les trois modes de transfert thermique
- Flux thermique et puissance transférée
- Résistance thermique de conduction d'une paroi plane
- Loi thermique de conduction et analogie électrique
- Bilan d'énergie et loi de refroidissement de Newton
- Équation différentielle de l'évolution de la température
- Temps caractéristique de relaxation thermique et réponse indicielle
- Bilan : Synthèse et méthode sur la thermodynamique et les transferts thermiques