Principes de base de la thermodynamique
La thermodynamique décrit la théorie générale de la transformation de l’énergie et de la matière. Les principes de base de la thermodynamique concernent le comportement des systèmes lors de changements de température.
Thermodynamique
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Les grandeurs d’état thermodynamiques sont les propriétés mesurables d’un système. Tout état d’équilibre thermique peut être décrit de manière précise au moyen des grandeurs d’état.
Variables d'état thermodynamiques
Introduction expérimentale à la technique de mesure de température: méthode, domaines d'application, caractéristiques
Contenu didactique/essais
- acquisition des principes de base de la mesure de température à travers des essais
- apprentissage de différentes méthodes, connaissance de leurs domaines d’application et de leurs particularités
- méthodes non électriques: thermomètres à gaz et à liquide, thermomètres à bilame, bandes de mesure de température
- méthodes électriques: thermocouple, thermomètre à résistance électrique Pt100, thermistance CTN
- détermination de l’humidité de l’air avec un psychromètre
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Étude du comportement stationnaire et non stationnaire de la température et de sauts de température définis
Contenu didactique/essais
- familiarisation avec différents procédés de mesure de la température:
- procédés non électriques: thermomètre à liquide, thermomètre bimétallique
- procédés électriques: thermocouple de type K, thermomètre à résistance Pt100, thermistance NTC
- détermination de l’humidité de l’air avec un psychromètre
- familiarisation avec les instruments de mesure de la température
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Mesures de surpression et de dépression avec différents appareils de mesure
Contenu didactique/essais
- familiarisation avec 2 méthodes de mesure différentes:
- méthode directe avec manomètre à tube en U et manomètre à tube incliné
- méthode indirecte avec manomètre à tube de Bourdon
- mode de fonctionnement d’un manomètre à tube de Bourdon
- calibrage des manomètres mécaniques
Chambre climatique à humidité réglable; comparaison de quatre procédés de mesure
Contenu didactique/essais
- méthodes de mesure de l’humidité de l’air
- mesure psychrométrique d’humidité
- mesure hygrométrique d’humidité
- mesure capacitive d’humidité
- grandeurs caractéristiques de description de l’humidité de l’air
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Transformations d’état isotherme et isochore de l’air
Contenu didactique/essais
- étudier expérimentalement les lois qui régissent les transformations d’état des gaz
- transformation d’état isotherme, loi de Boyle-Mariotte
- transformation d’état isochore, 2e loi de Gay-Lussac
Détermination du coefficient adiabatique selon Clément-Desormes
Contenu didactique/essais
- détermination du coefficient adiabatique selon Clément-Desormes
- transformation d’état adiabatique de l’air
- transformation d’état isochore de l’air
On distingue deux types de transfert de chaleur différents. Le premier est lié à la matière (convection et conduction thermique) et le second ne l’est pas (rayonnement).
Transport de chaleur
Étude de la conductivité thermique de différents métaux
Contenu didactique/essais
- description de l’évolution avant l’atteinte de l’état stationnaire
- calcul de la conductivité thermique λ de différents métaux
- calcul de la résistance thermique de l’éprouvette
- transfert de chaleur avec différentes éprouvettes installés en série
- influence de la longueur de l’éprouvette sur le transfert de chaleur
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Détermination de la conductivité thermique des fluides gazeux et liquides
Contenu didactique/essais
- conduction thermique stationnaire dans des gaz et des liquides:
- détermination de la résistance thermique des fluides
- détermination des conductivités thermiques λ pour des fluides différents, aux températures différentes
- conduction thermique non stationnaire dans des fluides:
- interprétation des états non stationnaires lors du chauffage et du refroidissement
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Étude de la conduction thermique et de la convection en prenant un anneau de refroidissement comme exemple
Contenu didactique/essais
- influence de la conduction thermique et de la convection sur le transfert de chaleur
- influence de la convection libre et de la convection forcée sur le transfert de chaleur
- calcul des transferts de chaleur convectifs
- influence des différents matériaux sur la conduction
- influence de la longueur de l’échantillon sur le transfert de chaleur
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Calcul des transferts de chaleur convectifs sur différentes géométries: plaque plane, cylindre, faisceau tubulaire
Contenu didactique/essais
- convection libre et forcée
- calcul des transferts de chaleur convectifs sur différentes géométries
- plaque plane
- cylindre
- faisceau tubulaire
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Influence de surfaces différentes sur le transfert de chaleur
Contenu didactique/essais
- démonstration de la loi de Lambert
- démonstration de la loi de Stefan-Boltzmann
- démonstration de la loi de Kirchhoff
- étude du comportement non stationnaire
- établissement de bilans de puissance
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Étude du rayonnement thermique et du rayonnement lumineux; radiateur thermique et thermopile pour l’étude du rayonnement thermique
Contenu didactique/essais
- loi de la direction de Lambert
- loi de Lambert sur la distance
- loi de Stefan-Boltzmann
- lois de Kirchhoff
- absorption de rayonnement
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Étude de la conduction thermique dans les corps solides
Contenu didactique/essais
- conduction thermique linéaire (paroi plane)
- détermination des profils de température sur différents matériaux
- détermination du profil de température en cas de perturbation
- détermination de la conductivité thermique k
- conduction thermique radiale
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Étude des propriétés d'isolation des matériaux typiques utilisés dans le bâtiment
Contenu didactique/essais
- détermination de la conductivité thermique k de différents matériaux
- détermination de la résistance thermique
- conductivité thermique k sur un montage en série de plusieurs éprouvettes (jusqu’à une épaisseur de 50mm)
Conduction thermique linéaire de divers éprouvettes métalliques; répartition de la température en état non stationnaire
Contenu didactique/essais
- conduction thermique dans le cas stationnaire
- conduction thermique dans le cas non stationnaire
- courbes de température-temps
- calcul de la conductivité thermique λ de différents métaux
Transfert de chaleur entre l'élément chauffant et la paroi du réservoir par convection et rayonnement
Contenu didactique/essais
- essais dans le vide
- transfert de chaleur par rayonnement
- détermination du coefficient de rayonnement
- essais à la pression ambiante et en surpression
- transfert de chaleur par convection et rayonnement
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On appelle phase un état gazeux, liquide ou solide. On appelle transition de phase le passage d’une phase à une autre.
Transition de phase
Mesures de pression et de température dans une chaudière à vapeur
Contenu didactique/essais
- enregistrement de la courbe de pression de vapeur de l’eau
- représentation de la relation entre pression et température dans un système fermé
- mesure de la température et de la pression
Mesures de pression et de température dans une chaudière à vapeur, l’évaluation d’essais assistées par ordinateur
Contenu didactique/essais
- enregistrement de la courbe de pression de vapeur de l’eau
- représentation de la relation entre pression et température dans un système fermé
- mesure de la température et de la pression
Différentes formes d'ébullition dans un tube chauffé de l'extérieur
Contenu didactique/essais
- observation des formes d’écoulement typiques de l’évaporation
- écoulement monophasique liquide
- ébullition surrefroidie
- écoulement à bouchons
- écoulement annulaire
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Visualisation de différentes formes d'ébullition dans un réservoir transparent sous pression
Contenu didactique/essais
- visualisation de différentes formes d’ébullition
- ébullition libre
- ébullition nucléée
- ébullition pelliculaire
- transfert thermique
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Mesures de transfert thermique pour une condensation en gouttes et en film
Contenu didactique/essais
- condensation en gouttes et condensation en film
- détermination du coefficient d’échange thermique
- influence de la pression, de la température et des gaz non condensables sur la condensation
