III) Transfert thermique par conduction - Physique Appliquée

Chapitre 6- Transferts Thermiques : Questionnements Comment réduire sa facture de chauffage
Quel critère pour l'isolation
Comment perd-on de la chaleur
Pourquoi quand on se rapproche du soleil en altitude il ne fait pas plus
chaud
Effet mpemba (eau chaude gèle plus vite que de l'eau à froide)
http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Mpemba#cite_note-13 Chapitre 6- Transferts Thermiques : Expérimentations
1 Influence du revêtement de sol sur le transfert thermique Si l'on mesure les températures d'une pièce, la nature du corps sur lequel
on mesure ne change pas la température :
. Carrelage : 17,8°C
. Plastique : 18°C
. Métal : 18°C
. Bois : 18°C
Tous les corps sont à la même température, malgré tout, la sensation de
chaleur est différente suivant les matériaux que l'on touche.
Les divers corps semblent évacuer différemment la chaleur que l'on génère.
Plus le matériau évacue la chaleur, plus la sensation de froid est
importante [pic]
Expérience sur le transfert de la chaleur de divers matériaux : |Réaliser le montage ci-contre puis |[pic] |
|régler la puissance de chauffe au | |
|thermostat 1, laisser préchauffer 10 | |
|min. | |
|Ensuite placer le matériau sur le | |
|support et on relève la température | |
|après 3 minutes. | |
|On fait la même manipulation pour les | |
|autres revêtements. Compléter le | |
|tableau suivant : | |
|Revêtement |Bois |Bois |Carrelage |
| |contreplaqu|Stratifié | |
| |é | | |
|Température |39,3 |40,7 |42,2 |
|(°C) | | | |
Quel type de revêtement doit-on placer au dessus de la résistance
chauffante pour qu'il conduise le mieux la chaleur.
Le carrelage est le revêtement qui permet le meilleur transfert de chaleur. Le carrelage est donc moins isolant (ou plus conducteur) que le bois. 2 Influence de l'épaisseur d'une paroi sur la résistance thermique Réaliser le même montage ci-dessus puis régler la puissance de chauffe à un
niveau moyen et on le fait chauffer pendant 10 minutes, ensuite placer une
plaque de bois de 10 mm d'épaisseur et relever la température après 3
minutes.
Refaire la même manipulation pour des épaisseurs de bois différentes et
compléter le tableau suivant :
|Epaisseur bois(mm)|10 |20 |30 |
|Température (°C) |39,3 |31 | |
|Epaisseur |6 |12 |18 |
|carrelage (mm) | | | |
|Température (°C) |42,2 |37 |28,4 |
L'épaisseur de la paroi a-t-elle une influence sur le transfert de
chaleur ?
1) Oui, l'épaisseur de la paroi influe sur le transfert de chaleur. Le
transfert de chaleur diminue lorsque l'épaisseur de la paroi augmente.
2) Les paramètres à prendre en compte sont :
- le type de matériau
- l'épaisseur de ce matériau : plus elle sera grande, meilleure sera
l'isolation. 3 Approche de la détermination d'une résistance thermique : |Le cube est très isolé sur ses 5 faces. |[pic] |
|Seule une face est constituée du | |
|matériau à étudier. | |
|L'apport de puissance se fait de manière| |
|électrique par le biais d'une lampe à | |
|incandescence. | |
|On mesure la température grâce à deux | |
|thermocouples placés de part et d'autre | |
|du matériau à étudier. | |
|Si on suppose que toute la puissance | |
|s'échappe par le matériau testé. | |
| | |
| | |
|Alors [pic] |
|P est la puissance en W traversant la paroi |
|S est la surface de la paroi en m² |
|(1-(2 est la différence de température de part et d'autre de la paroi en degrés |
|Celsius ou Kelvin |
|e l'épaisseur de la paroi |
|( : coefficient de conductivité thermique en W.m-1.K-1 |
| |
|Interprétation de cette formule, plus facilement compréhensible sous la forme |
|[pic] |
|Elle traduit donc le fait que plus la puissance donnée traversant la paroi est |
|importante plus l'écart de température est important. |
|Pour une puissance donnée, si l'on augmente la surface d'échange, la différence |
|de température va baisser de façon à garder la puissance constante |
|Pour une puissance donnée, si l'on augmente l'épaisseur, la différence de |
|température va augmenter de façon à garder la puissance constante |
|Le coefficient reliant la puissance P à [pic] dépend du matériau, comme il est |
|placé au numérateur, s'il augmente, l'écart de température doit diminuer, donc |
|il traduit la facilité de passage de la puissance, on l'appellera donc ( : |
|coefficient de conductivité thermique. |
|S=42cmx42cm |
|Styrodur |BA13 |
|e=24 mm |e=13 mm |
|P=22,4 W |P=22,2 W |
|(int= 57,8°C |(int= 51,1°C |
|(1= 56°C |(1= 43,1°C |
|(2= 26,5°C |(2= 31,6°C |
|(ext= 21°C |(ext= 20°C |
|On observe que pour une même puissance de chauffage la température atteinte |
|lorsqu'on est isolé avec du styrodur est plus élevée qu'avec du BA 13. |
|L'isolation permet donc pour une même puissance de chauffage d'atteindre une |
|température intérieure plus importante. |
|[pic]W.m-1.K-1 |[pic] W.m-1.K-1 |
|La littérature donne des coefficients |La littérature donne des coefficients |
|plutôt compris entre 0,02 et 0,03 |plutôt compris autour de 0,46. |
|W.m-1.K-1 | |
|Causes d'erreurs dans la manipulation: |
|[pic] |
|Il faut bien attendre la stabilisation en température (le styrodur a une inertie|
|(vitesse de montée en température ) plus faible que le BA 13), la stabilisation |
|en température du BA 13 était donc moins bonne que celle du styrodur. |
|La puissance mesurée est peut-être plus faible (on mesure la puissance |
|électrique alors que ce qui nous intéresse est la puissance thermique de la |
|lampe).De plus on a omis le fait qu'une partie de la puissance a pu partir par |
|les autres parois. |
|La surface est peut-être plus grande que ce que l'on a mesuré |
|L'écart de température devrait être plus grand pour que notre résultat se |
|rapproche de celui de la littérature (notre thermocouple n'est peut-être pas |
|très en contact avec la paroi) |
|L'épaisseur est peut-être plus petite |
4 Etude de diverses configurations: maquette de maison |S=22,7 cm x 31,5 cm |[pic] |
|Bois |Brique alvéolée |
|e= 24 mm |e= 24 mm |
|P=17,6 W |P=17,6 W |
|(int= 41,9°C |(int= 40 °C |
|(1= 41°C |(1= 36,9°C |
|(2= 25,7°C |(2= 27,5°C |
|(ext= 21°C |(ext= 21°C |
|(paroi= 40,2°C |(paroi= 38,5°C |
|[pic] |[pic] |
|La littérature donne des coefficients |La littérature donne des coefficients |
|plutôt compris entre 0,10 et 0,25 |plutôt compris entre 1,10 et 1,5 |
|W.m-1.K-1 |W.m-1.K-1 pour de la brique pleine. |
| |La nôtre étant alvéolée, c'est normal |
|