sc phy c
12255 mots
50 pages
Ce problème se propose d'explorer le thème du transfert thermique, dans différents domaines de la physique et à travers des applications pratiques et technologiques variées : ainsi seront étudiés tour à tour les principes généraux de la thermodynamique des machines thermiques, puis les systèmes thermiques ouverts industriels.Dans une deuxième partie, on s'intéresse plus particulièrement aux divers modes de transfert thermique que sont la conduction et la convection. Nous verrons ensuite comment cette modélisation des échanges thermiques permet d'envisager la régulation thermique d'un élément électronique.
Dans une dernière partie, on étudie un mode de production de transfert thermique riche d'applications pratiques : le chauffage par induction électromagnétique.
Les trois parties sont indépendantes les unes des autres.
A. APPLICATIONS DES PRINCIPES DE LA THERMODYNAMIQUE
A. I. Étude des systèmes fermés
A.I.1. Principes et définitions
A.I. 1.1. Rappeler l'énoncé du premier principe de la thermodynamique, pour un système fermé évoluant entre deux états d'équilibre thermodynamique : on notera E l'énergie mécanique (d'origine cinétique et/ou potentielle) du système.
A.I. 1.2. Rappeler l'énoncé du deuxième principe de la thermodynamique, pour un système fermé évoluant entre deux états d'équilibre thermodynamique. A.I.1.3. Rappeler la définition d'un gaz parfait. Donner l'expression des fonctions d'état énergie interne U, enthalpie H, entropie S(T,V) et
S(T,P) de ce gaz (T : température thermodynamique, V volume molaire, P pression). On introduira pour cela les capacités thermiques appropriées, qui seront supposées constantes dans le domaine de température considéré.
A.I.2. Application : transformation isotherme d'un gaz parfait
On considère une mole de gaz parfait placé dans un cylindre vertical de section
S et de grande hauteur, fermé par un piston horizontal mobile sans frottement.
Le cylindre, aux parois diathermes, est plongé dans un thermostat de
température