Diffusion et transferts thermiques : 860 questions de concours corrigées
105 épreuves corrigées question par question (Banque PT, CCINP, Centrale, X-ENS, X-ENS…), réparties en 3 sous-chapitres.
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Phénomènes de transport : conduction thermique, conducto-convection, diffusion de particules, rayonnement thermique.
Les sous-chapitres
Chaque sous-chapitre réunit ses questions de concours, filtrables par difficulté, concours, filière et année.
- Diffusion thermique535 questions · 112 incontournables
Sup : MPI · Spé : MP, PC, PSI, PT, TSI, BCPST
- Diffusion de particules213 questions · 38 incontournables
Sup : BCPST · Spé : PC, PSI
- Rayonnement thermique123 questions · 18 incontournables
Spé : PC, MPI
Incontournables
Des questions classiques à savoir refaire, parmi les 167 du chapitre (les plus récentes, une par épreuve). Les autres sont sur les pages des sous-chapitres (filtre « Classiques »).
Banque PT Physique A PT 2025, Q1
Rappeler la loi de Fourier exprimant le vecteur densité de courant thermique en fonction de la température T. Justifier la présence du signe "-" apparaissant dans cette loi.
CCINP Physique PC 2025, Q2
Rappeler la loi locale de Fourier reliant le vecteur densité volumique de courant thermique j_th au gradient de température grad(T). En précisant les analogies avec le résultat précédent, donner…
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MPI 2025, Q20
Indiquer quels sont les différents modes de transfert thermique possibles. Préciser, avec justification, celui qui est mis en jeu lors du chauffage de la cathode par le filament.
ENS Physique U PSI 2025, Q11
Soit j₊⁽D⁾ la densité de courant de particules associée à la diffusion des ions Na⁺, dont l'unité SI est mol⁻²⁻¹. Donner la relation entre j₊⁽D⁾, c₊ et D₊, le coefficient de diffusion de l'ion…
X-ENS Physique MP 2025, Q17
On considère que la particule en lévitation est en diamant, de capacité calorifique massique cₘ = 500 J⁻¹⁻¹. Un laser de puissance P₀ = 1 mW est utilisé pour mesurer la position de la particule…
X-ENS Physique PSI 2025, Q18
Dans l'hypothèse de réponse linéaire (concept à préciser), rappeler la loi à laquelle obéit le vecteur densité de courant thermique j_Q. On notera la conductivité thermique λ.
CCINP Physique-Chimie PSI 2025, Q2
On suppose qu'il n'y a pas de source de chaleur interne. Établir pour l'étude de cette paroi, l'équation de la diffusion thermique en coordonnées cartésiennes.
CentraleSupélec Physique 2 PC 2025, Q2
En raisonnant sur un élément de volume que l'on décrira précisément, établir l'équation de la diffusion dans le matériau supraconducteur en régime stationnaire.
Pièges classiques
Diffusion thermique
- Confondre association en série et en parallèle : des couches traversées successivement par le même flux thermique sont en série (les résistances s'ajoutent), tandis que des parois juxtaposées séparant les mêmes milieux sont en parallèle (les flux et les conductances s'ajoutent).
Questions sources :CCINP Physique-Chimie PSI 2025, Q9CCINP Physique-Chimie TSI 2024, Q51CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2024, Q32
- Oublier le facteur 2 sur l'aire d'échange thermique pour un corps plat mince (comme une feuille végétale ou une ailette plane) dont la convection et le rayonnement s'exercent simultanément sur les deux faces.
Question source :CCINP Physique-Chimie PSI 2020, Q28
Diffusion de particules
- Oublier le signe moins dans la loi de Fick (\vec{\jmath} = -D\vec{\nabla}c) : la diffusion s'effectue spontanément dans le sens opposé au gradient, des zones les plus concentrées vers les moins concentrées.
Question source :E3A Physique-Chimie PC 2024, Q3-Q15
- Se tromper de signe dans le bilan unidimensionnel : le flux entrant en x est compté positivement (+j(x)) tandis que le flux sortant en x+\mathrm{d}x est compté négativement (-j(x+\mathrm{d}x)), ce qui conduit au terme de transport en -\frac{\partial j}{\partial x}.
Questions sources :E3A Physique-Chimie PC 2024, Q3-Q14E3A Physique-Chimie PSI 2024, Q27
Rayonnement thermique
- Ne pas confondre la surface d'interception du flux solaire incident, qui est la section efficace projetée (le disque d'aire \pi R^2), avec la surface totale d'émission thermique infrarouge, qui s'étend sur toute la sphère (aire 4\pi R^2).
Questions sources :CentraleSupélec Physique 2 PC 2024, Q25CentraleSupélec Physique 2 PC 2024, Q26Mines-Ponts Physique 2 MPI 2023, Q20
- Pour une feuille mince ou une voile spatiale, le rayonnement solaire n'est souvent reçu que sur une seule face (aire S), alors que les échanges radiatifs et convectifs avec le milieu ont lieu sur les deux faces (aire totale d'échange 2S).
Question source :CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2025, Q40
Les questions sont classées par sous-chapitre à partir des corrigés détaillés de WikiPrépa ; une question peut relever de deux sous-chapitres. L'année du programme (sup ou spé) suit les programmes officiels en vigueur. Comment les corrigés sont rédigés et relus