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Niveau maths spé
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Bilans thermodynamique

Posté par
Lupa99
28-02-18 à 14:59

Bonjour,

Je vais noter pour la suite \Phi le flux thermique, \rho la masse volumique du matériau considéré et c sa capacité thermique volumique.

Je ne comprend pas bien les bilans en thermodynamique. Par exemple, lorsque l'on établit l'équation de la chaleur (ici unidimensionnelle), j'ai deux problèmes de compréhension :

- Pourquoi pour une section S, on peut affirmer que [\Phi(x,t)-\Phi(x+dx,t)]dt = c\rho S dx (T(x,t+dt)-T(x,t)) ? (je ne comprend pas pourquoi la différence spatiale du flux multipliée par dt correspond à \delta Q, et pourquoi \Phi(x)-\Phi(x+dx) et non pas \Phi(x+dx)-\Phi(x)).
- Si on considère maintenant p une puissance volumique apportée au système, je ne comprend pas comment obtient-on l'équation de conservation : \dfrac{\partial j__{th}}{\partial x} + \rhoc\dfrac{\partial T}{\partial t} = p (est-ce que cela vient du premier principe ? Pourquoi un signe + ?)

Posté par
Kildeur
re : Bilans thermodynamique 28-02-18 à 15:48

Bonjour Lupa99.

Bien que tu sois dans un cas unidimensionnelle ta grandeur \vec{j} est une quantité vectoriel qui doit donc tenir compte d'un signe si on utilise un axe (0x).
Ici on imagine sans doute un volume de section S qui se place sur un axe orienté x.
Dans ce cas à gauche tu auras bien j(x,t) et à droite -j(x+dx,t)
car ces deux grandeur sont opposées au vecteur normale d\vec{S} sortant de la surface. Tu vois ?
Donc à la fin on obtiendra -\frac{\partial \Phi(x,t)}{\partial x} en multipliant par la surface S (par définition).
Le flux multiplié par dt correspond en effet à \delta Q c'est une définition.

Pour la deuxième question :

l'équation de continuité s'écrit en général div \vec{j} + \frac{\partial T}{\partial t} = 0. mais si il existe un terme de source en reprenant la démonstration de l'équation de continuité tu te rendras compte qu'un terme de source p va rester.

Sauf étourderies de ma part ...

Posté par
vanoise
re : Bilans thermodynamique 28-02-18 à 15:56

Bonjour
En considérant comme système thermodynamique la tranche de conducteur située entre les plans d'abscisses x et x+dx tu peux considérer que l'énergie reçue  est la différence entre l'énergie entrant en x et l'énergie sortant en x+dx. Il n'y a pas de d'erreur de signe dans la formule fournie.
Pour l'autre question, il suffit de reprendre le même raisonnement en ajoutant à l'énergie reçue précédente celle fournie entre les instants de dates t et t+dt : p.S.dx.dt

Posté par
Lupa99
re : Bilans thermodynamique 28-02-18 à 18:40

Merci pour vos réponses, je comprend mieux.

Enfin, lors d'un bilan thermodynamique, doit-on considérer un bilan d'énergie entrante ou sortante ? (en général, je me doute bien que dans le cas précédent on aurait juste multiplié l'égalité par -1 ce qui n'aurait rien changé).

Mais, par exemple, pour le premier principe, dU = \delta Q + \delta W, le transfert thermique Q est compté entrant ou sortant ? (même question pour W : le travail est celui fournit par le système à l'extérieur ou par l'extérieur au système ? Il doit bien y avoir une convention ? Positif = entrant ?)

Posté par
vanoise
re : Bilans thermodynamique 28-02-18 à 20:19

Convention de signe habituelle en thermo  : l'énergie reçue donc ici l'énergie entrante est comptée positivement.  L'énergie perdue donc ici sortante est comptée négativement dans le bilan.



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