Application à la Thermoélectricité Notions de Thermique Application à la Thermoélectricité

L’éléctrothermie Rendement de conversion de l’énergie très élevé Entretien réduit Densité de puissance Economie de matière Souplesse d’utilisation Régulation fine

La Température Mesure l’agitation des molécules (en Kelvin) 0 Kelvin = -273,15 °C

La chaleur La chaleur est l’autre nom de l’énergie thermique La chaleur est l’énergie cinétique désordonnée totale associée à un groupe de particules (habituellement des atomes, des ions et des électrons) à l’intérieur du corps Q (J) définit la chaleur ou énergie thermique m (kg) est la masse du corps C (J.kg-1.K-1) est la capacité calorique du corps qui traduit la quantité de chaleur que peut contenir un corps par kg et par degré

Transfert d’énergie thermique La chaleur s’écoule sous l’influence d’un gradient (hausse ou baisse) de température (W.m-2) (W)

Formulation d’un problème de transfert de chaleur st : flux de chaleur stocké s : flux de chaleur sortant e : flux de chaleur entrant g : flux de chaleur généré

Différents modes de transmission de la chaleur Convection Rayonnement Diffusion thermique / conduction Principe Déplacement de matière et donc de chaleur suivant le principe d’Archimède Transport d’énergie par le biais du champ électromagnétique Vibrations ou chocs dans la matière se propageant de proche en proche des milieux chauds vers les milieux froid Vide Non Oui Solide Oui, si transparent Fluide

Conduction Loi de Fourier En W En W Si on pose 1m d’épaisseur de matériau Conduction 1m² de surface de matériau Loi de Fourier En W En W Si on pose : Conductivité thermique en W.m-1.K-1 ou W.m/(m².K) S: en m² T: en K : en W : en W.m-2 Alors Analogie de l’électricité

Resistance thermique Mur monocouche Rq: Critère commercial en K/W Rq: Critère commercial  Résistance surfacique

Resistance thermique Mur multicouches 

Convection Tp température de la paroi T température du fluide h coefficient de convection (W.m-2.K-1 ) h faible: convection naturelle h=5 h fort: convection forcée (ventilée) h>25

Convection naturelle forcée

Rayonnement  émissivité propre à chaque matériau

Rayonnement  : facteur de réflexion  : facteur de transmission  : facteur d’absorption (= émissivité ) On a bien évidemment :  +  +  = 1

Rayonnement Effet de serre A titre d’exemples: Matériaux Absorptivité hémisphérique globale α Emissivité hémisphérique ε à T= 300 K Carton goudronné noir 0,82 0,91 Brique rouge 0,75 0,93 Blanc de zinc 0,22 0,92 Neige propre 0,20...0,35 0,95 Chrome poli 0,40 0,07 Or poli 0,29 0,026 cuivre poli 0,18 0,03 cuivre, oxydé 0,70 0,45 Effet de serre A titre d’exemples: les « piège à chaleur » des capteurs solaires (tôles métalliques avec traitements de surface): absorptivité 0,95, émissivité <0,05. Radiateurs blancs (spectre solaire), forte émission dans les grandes longueurs d'onde. La neige ne fondra que lentement au soleil (faible absorptivité dans le spectre solaire), fondra plus rapidement sous le rayonnement thermique d'un mur (le rayonnement thermique appartient au domaine de forte émissivité, donc de forte absorptivité).

Stockage Génération d’énergie Avec  : masse volumique (en kg.m3) V volume C chaleur massique (J.kg-1.K-1) Génération d’énergie dq/dt densité volumique d’énergie générée (en W.m-3) V en m3.

Radiateur de composant La puissance se propage de la jonction vers le boîtier puis du boîtier vers le radiateur. On a les relations suivantes : On a Tj température de la jonction (°C ou K).; Ta température ambiante(°C ou K) ; P puissance dissipée ; Rth résistance thermique en °C/W ou K/W .

Capacité Thermique

Production de chaleur Chauffage par résistance Réglage par train d’ondes 

Production de chaleur Chauffage par induction

Production de chaleur Chauffage par rayonnement infrarouge P en W S2 :surface du corps à chauffer. T1 température source. T2 température du corps à chauffer. facteur de forme :facteur compris entre 0 et 1 selon matériaux.  +5,67.10-8 W.m-2.K-1 ou °C-1 constante de Stefan-Boltzmann.

Production de chaleur Chauffage par effet diélectrique (micro ondes) =2f pulsation de la micro-onde. 0=1/(4. .10-9) permittivité du vide.  facteur de pertes dépend de f et de T température 10-3<<100. P en W