🎯 Objectifs du chapitre cliquer pour développer

Comprendre la notion de transfert thermique et d’équilibre thermique.
Identifier et distinguer les trois modes de transfert thermique.
Définir le flux thermique \(\Phi\) et la résistance thermique \(R_{th}\).
Calculer le flux à travers un matériau et relier cela à l’isolation des menuiseries.

Fiche résumé — Transferts thermiques et équilibre thermique

Chapitre 11 | Seconde Bac Pro | Physique-Chimie

Principe fondamental

Le transfert thermique va du chaud vers le froid
Équilibre thermique : quand les deux corps ont la même température, le transfert s'arrête
On ne dit pas « le froid entre » mais « la chaleur sort »

Les 3 modes de transfert

Conduction : de proche en proche dans les solides, sans déplacement de matière
Convection : par déplacement d'un fluide (air chaud monte)
Rayonnement : ondes électromagnétiques (IR), sans milieu nécessaire

Flux thermique

\( \Phi = \dfrac{Q}{t} \)

\(\Phi\) : flux en Watts (W)
\(Q\) : énergie en Joules (J)
\(t\) : durée en secondes (s)

\( \Phi = \dfrac{\Delta T}{R_{th}} \)

Résistance thermique

\( R_{th} = \dfrac{e}{\lambda \cdot S} \)

\(e\) : épaisseur (m)
\(\lambda\) : conductivité thermique (W·m⁻¹·K⁻¹)
\(S\) : surface (m²)
\(R_{th}\) en K/W
Grand \(R_{th}\) = bon isolant

Conductivités thermiques

Air : 0,025 | Polystyrène : 0,035 | Laine de verre : 0,04 (isolants)
Bois de pin : 0,12 | Bois de chêne : 0,17 (isolants naturels)
Verre : 1 | Acier : 50 | Aluminium : 230 (conducteurs)

Le bois est 300 à 400 fois plus isolant que l'acier.

Piège 1 : Oublier de convertir l'épaisseur en mètres : 18 mm = 0,018 m, 4 cm = 0,04 m.

Piège 2 : Confondre \(\lambda\) (conductivité, propriété du matériau) et \(R_{th}\) (résistance, dépend aussi de \(e\) et \(S\)). Un matériau avec un petit \(\lambda\) isole bien.

Piège 3 : Dire « le froid passe à travers le mur ». En physique, c'est la chaleur qui s'échappe du côté chaud vers le côté froid.

Astuce : Analogie électrique : \(\Phi = \Delta T / R_{th}\) est l'équivalent thermique de \(I = U / R\) (loi d'Ohm). Le flux joue le rôle du courant, \(\Delta T\) celui de la tension.

Astuce : Pour comparer deux matériaux, calculer \(R_{th}\) à épaisseur et surface identiques : celui qui a le plus grand \(R_{th}\) isole le mieux.

Résumé express — Méthode type

Repérer les données : \(e\), \(\lambda\), \(S\), \(\Delta T\) (= \(T_{chaud} - T_{froid}\)).
Convertir les unités : mm en m, cm² en m².
Calculer \(R_{th} = e / (\lambda \times S)\) en K/W.
Calculer le flux \(\Phi = \Delta T / R_{th}\) en W.
Si demandé, calculer l'énergie sur une durée : \(Q = \Phi \times t\) en J (puis convertir en kJ, kWh si nécessaire).