Le transfert de chaleur occupe un domaine qui comprend un large éventail de fonctions, des simples processus de chauffage et de refroidissement d'objets aux concepts thermodynamiques avancés en physique thermique. Afin de comprendre comment une boisson se refroidit en été ou comment la chaleur se déplace du soleil à la Terre, vous devez saisir ces principes de base du transfert de chaleur à un niveau fondamental.
Deuxième loi de la thermodynamique
La deuxième loi de la thermodynamique stipule que la chaleur est transférée d'un objet d'une température plus élevée à celui d'une température plus basse. Les atomes d'énergie plus élevée (et donc de température plus élevée) se déplacent vers les atomes d'énergie plus basse (température plus basse) afin de maintenir l'équilibre (appelé équilibre thermique). Le transfert de chaleur se produit afin de maintenir ce principe lorsqu'un objet est à une température différente d'un autre objet ou de son environnement.
Transfert de chaleur par conduction
Lorsque des particules de matière sont en contact direct, la chaleur se transfère par conduction. Les atomes adjacents d'énergie supérieure vibrent les uns contre les autres, ce qui transfère l'énergie supérieure à l'énergie inférieure, ou la température supérieure à la température inférieure. C'est-à-dire que les atomes d'intensité plus élevée et de chaleur plus élevée vibreront, déplaçant ainsi les électrons vers des zones d'intensité plus faible et de chaleur plus faible. Les fluides et les gaz sont moins conducteurs que les solides (les métaux sont les meilleurs conducteurs) en raison du fait qu'ils sont moins denses, ce qui signifie qu'il y a une plus grande distance entre les atomes.
Transfert de chaleur par convection
La convection décrit le transfert de chaleur entre une surface et un liquide ou un gaz en mouvement. Au fur et à mesure que le fluide ou le gaz se déplace plus rapidement, le transfert de chaleur par convection augmente. Deux types de convection sont la convection naturelle et la convection forcée. Dans la convection naturelle, le mouvement du fluide résulte des atomes chauds dans le fluide, où les atomes chauds se déplacent vers les atomes plus froids dans l'air - le fluide se déplace sous l'influence de la gravité. Des exemples de ceci incluent les nuages de fumée de cigarette qui s'élèvent ou la chaleur du capot d'une voiture qui s'élève vers le haut. En convection forcée, le fluide est forcé de se déplacer sur la surface par un ventilateur ou une pompe ou une autre source externe.
Transfert de chaleur et rayonnement
Le rayonnement (à ne pas confondre avec le rayonnement thermique) fait référence au transfert de chaleur à travers un espace vide. Cette forme de transfert de chaleur se produit sans milieu intermédiaire; le rayonnement fonctionne même dans et à travers un vide parfait. Par exemple, l'énergie du soleil voyage dans le vide de l'espace avant que le transfert de chaleur ne réchauffe la Terre.
Le transfert de chaleur fait partie intégrante de l'enseignement dans les matières pertinentes, telles que le programme d'études en génie chimique ou mécanique. La fabrication et le CVC (chauffage, ventilation et refroidissement par air) sont des exemples d'industries qui dépendent fortement de la thermodynamique et des principes de transfert de chaleur. La science thermique et la physique thermique sont des domaines d'enseignement supérieurs qui traitent du transfert de chaleur.