Calculateur de Transfert de Chaleur
Calculez le transfert de chaleur, la capacité thermique massique, la masse et la variation de température à l'aide d'équations thermodynamiques
Énergie thermique (Q)
Masse (m)
Chaleur spécifique (c)
Var. temp. (ΔT)
Solution étape par étape
Taux de transfert de chaleur (Q/t)
Résistance thermique (R)
Solution étape par étape
Formules de transfert de chaleur
Le transfert de chaleur est le déplacement d'énergie thermique d'un objet ou d'une substance à un autre en raison d'une différence de température. Il existe trois modes fondamentaux de transfert de chaleur : la conduction, la convection et le rayonnement.
Équation de calorimétrie
Q = m × c × ΔT
- Q = énergie thermique transférée (Joules)
- m = masse de la substance (kg)
- c = capacité thermique massique (J/(kg·K))
- ΔT = variation de température (K ou °C)
Loi de Fourier de la conduction thermique
Q/t = k × A × ΔT / d
- Q/t = taux de transfert de chaleur (Watts)
- k = conductivité thermique (W/(m·K))
- A = section transversale (m²)
- ΔT = différence de température à travers le matériau (K ou °C)
- d = épaisseur du matériau (m)
Variables
- Q — Énergie thermique (J). 1 kJ = 1 000 J ; 1 cal ≈ 4,184 J.
- m — Masse de la substance chauffée ou refroidie (kg).
- c — Capacité thermique massique, l'énergie nécessaire pour élever 1 kg de 1 K. L'eau a l'une des plus élevées à 4 186 J/(kg·K).
- ΔT — Variation de température. Un changement de 1°C équivaut à un changement de 1 K.
- k — Conductivité thermique, une propriété du matériau décrivant sa capacité à conduire la chaleur. Les métaux ont des valeurs de k élevées ; les isolants ont des valeurs de k faibles.
Capacités thermiques massiques courantes
| Matériau | c [J/(kg·K)] | Remarques |
|---|---|---|
| Eau (liquide) | 4 186 | La plus élevée parmi les substances courantes |
| Glace | 2 090 | À 0°C |
| Vapeur | 2 010 | À 100°C et 1 atm |
| Air | 1 005 | À pression constante |
| Aluminium | 900 | Léger, bon conducteur |
| Sable | 840 | Explique le sable chaud de la plage |
| Éthanol | 790 | Solvant courant |
| Verre | 710 | Verre borosilicate |
| Fer / Acier | 449 | Fonte |
| Cuivre | 385 | Excellent conducteur thermique |
| Plomb | 235 | Métal dense |
| Or | 129 | Faible chaleur spécifique |
| Argent | 128 | Conductivité thermique la plus élevée parmi les métaux |
Modes de transfert de chaleur
Conduction
Transfert de chaleur par contact moléculaire direct au sein d'un solide ou entre objets en contact.
- • Régie par la loi de Fourier
- • Dépend de la conductivité thermique (k)
- • Les métaux sont d'excellents conducteurs
- • Exemple : toucher une poêle chaude
Convection
Transfert de chaleur par le mouvement de masse des fluides (liquides ou gaz).
- • Loi de refroidissement de Newton : Q/t = hAΔT
- • Convection naturelle ou forcée
- • Entraînée par la flottabilité ou des forces externes
- • Exemple : eau bouillante, refroidissement éolien
Rayonnement
Transfert de chaleur par ondes électromagnétiques sans nécessiter de milieu matériel.
- • Loi de Stefan–Boltzmann : Q/t = εσAT⁴
- • Aucun contact physique nécessaire
- • Dépend de l'émissivité de surface
- • Exemple : le soleil réchauffant la Terre
Références
Les formules et données sur les propriétés des matériaux utilisées dans ce calculateur sont basées sur des principes établis de thermodynamique et des sources évaluées par des pairs :
- Engineering ToolBox – Capacité thermique massique des substances courantes
- Engineering ToolBox – Conductivité thermique des matériaux courants
- NIST – Constantes physiques fondamentales
- OpenStax University Physics Vol. 2 – Transfert de chaleur, chaleur spécifique et calorimétrie
- HyperPhysics – Transfert de chaleur
- Incropera, F. P., DeWitt, D. P., Bergman, T. L., & Lavine, A. S. (2006). Fundamentals of Heat and Mass Transfer (6ème éd.). John Wiley & Sons.
- Çengel, Y. A., & Boles, M. A. (2014). Thermodynamics: An Engineering Approach (8ème éd.). McGraw-Hill Education.
Remarque : Ce calculateur utilise des équations thermodynamiques idéalisées et des propriétés standard des matériaux à température ambiante. Les résultats réels peuvent varier en raison de facteurs tels que les propriétés des matériaux dépendant de la température, les pertes de chaleur vers l'environnement, les changements de phase et la distribution non uniforme de la chaleur.
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