Inscription / Connexion Nouveau Sujet
Niveau autre
Partager :

Equation de la chaleur

Posté par
Surb
23-02-11 à 12:49

Bonjour,
Je ne suis pas physiciens... mais etudie les mathematiques, or je fais un projet qui consiste a etudier des methodes numeriques pour resoudre l´equation de la chaleur (plus generlament l´equation de diffusion il me semble). Dans l´introduction de mon projet je desirerai quand meme faire un passage qui explique d´ou vient vient cet equation que je rappelle en esperant ne pas me planter:
Soit \Omega \subset \mathbb{R}^d, u_0 \in C(\overline{\Omega}), T>0 et k \in \mathbb{R}, on cherche u \in C^2(\overline{\Omega}) tel que:
\begin{array}{r c l l}
 \\ \frac{d}{dt}u &=& \displaystyle \sum_{k=1}^d \frac{d^2}{dx_i^2} u & \text{dans } \Omega\times ]0,T[\\
 \\ u &=& u_0 & \text{sur } \Omega\times {0}\\
 \\ u &=& 0 & \text{sur } \partial\Omega\times [0,T]\\
 \\ \end{array}
Si quelqu´un pouvait m´expliquer comment l´etablir (deja en dimension 1) j´en serai plus qu´heureux (surtout que l´acces a la bibliotheque m´est difficile car je suis en Erasmus a Berlin et la physique en francais j´ai deja de la peine mais alors en allemand...). Merci d´avance.

Posté par
efpe
re : Equation de la chaleur 24-02-11 à 13:26

bonjour
je ne sais pas si ça va répondre à ta question mais je peux expliquer comment on arrivait à l'équation de la chaleur dans la cas simple de la barre (ses bords latéraux sont adiabatiques d'où la dimension 1 de propagation).
par application du premier principe sur une tranche de matériau de dimensions S fois dx et de capacité thermique massique Cp :
.Cp.S.dx.dT/dt = S.j(x,t) - S.j(x+dx,t)

j est le vecteur (ici projeté) densité flux thermique, qui est lié à T par la loi de Fourier : j = - grad T

on arrive donc à .Cp dT/dt = - dj/dx = - d²T/dx²

d'où l'équation de la chaleur : dT/dt = D d²T/dx²

avc D le coef de diffusivité thermique

voilà tout ce que je sais sur le sujet ^^ pour l'équation de diffusion de particules c'est exactement le même principe
j'espère t'avoir avancé

Posté par
Surb
re : Equation de la chaleur 24-02-11 à 15:06

Merci beaucoup d´avoir repondu, par contre il me faudrait quelques precisions si j´ose:
1) \rho est la masse volumique de la barre?
2) en deux mots que represente la premiere equation car j´ai lu ce que disais le premier principe (de la thermo je suppose) sur wikipedia mais ait de la peine a faire un lien pour etre honnete...

Posté par
efpe
re : Equation de la chaleur 24-02-11 à 15:37

est la masse volumique de la barre en effet ^^ ça va avec Cp qui est la capacité thermique massique, comme ça quand on multiplie par on a Cp* qui est la capacité thermique volumique, et on multiplie par le volume élémentaire pour avoir la capacité de la tranche de barre ... ce qui nous amène au premier principe. Tu as du voir qu'il dit en gros :

U = Qech + W + ...

en gros la variation de l'énergie interne au cours d'une transformation est égale à la chaleur échangée, plus le travail échangé etc.
Ici pas de travail, et la chaleur provient uniquement des parois de section S en amont et en aval (pas de chaleur échangée latéralement). si tu as un problème pour visualiser je peux faire un dessin

donc U = Qech

tu sais peut-être que U = C.T pour un solide : le C c'est la capacité totale du bout considéré (je t'ai expliqué donc), on suppose que c'est constant pour simplifier d'ailleurs.

Pour revenir au premier principe, si on dérive chaque membre :
C.dT/dt =  P ech

la chaleur échangée en joule s'est transformée en puissance thermique échangée !

enfin par définition : P ech = j.dS
qui définit en fait le vecteur flux thermique (supposé constant dans notre cas sur une surface)
d'où Pech(x,t) = j(x,t).dS

et il faut bien sur considérer le flux venant de l'aval et de l'amont (avec une algébrisation positif si ça rentre dans le volume considéré)

voilà ça fait beaucoup tout ça je comprends^^



Mentions légales - Retrouvez cette page sur l'île de la physique - chimie
© digiSchool 2025

Vous devez être membre accéder à ce service...

Pas encore inscrit ?

1 compte par personne, multi-compte interdit !

Ou identifiez-vous :


Rester sur la page

Désolé, votre version d'Internet Explorer est plus que périmée ! Merci de le mettre à jour ou de télécharger Firefox ou Google Chrome pour utiliser le site. Votre ordinateur vous remerciera !