En physique, l'énergie est un concept fondamental bien souvent incontournable. A notre échelle, on échange de l'énergie par rayonnement (soleil), convection (l'eau d'une casserole d'eau bouillante) ou contact (glaçon au contact de la peau).La chaleur et l'énergie
La chaleur ? Vous avez sans doute l'habitude de l'assimiler à la température, et pourtant ça n'est pas tout à fait pareil car la température est une mesure liée à la chaleur.
Par exemple, lorsque je roule sur l'autoroute et que je regarde mon compteur, la vitesse est une mesure liée à mon énergie cinétique ("énergie du mouvement"). En gros, imaginons Bob le moustique de compétition qui vole à la même vitesse que moi : 90km/h (car je suis prudent sur la route). Bon eh bien si Bob change de voie, va à gauche et vole à contre sens, vous pensez qu'il va exploser le camion en s'écrasant sur sa vitre? Eh bien non désolé, un coup d'essuie glace et c'est fini. Maintenant moi, avec mon Hummer (je suis prudent mais pas écolo), je traverse le parapet et me retrouve à contre sens où je m'empale dans le même camion. Là il va y avoir des dégâts... et c'est pourquoi je fais bien attention à rester de mon coté ! Car ce serait extrêmement dangereux pour moi et les autres. Lors du choc, l'énergie cinétique libérée serait très grande car les tonnes du camion rencontrent celles de mon 4x4 qui vont à 90 km/h et ça représente un paquet de moustiques !
Donc la chaleur; ça dépend de la température, mais aussi de l'objet qui est à cette température. Par exemple, si je jette un glaçon dans ma piscine, il va prendre de la chaleur à l'eau pour fondre. Mais la piscine est tellement grande que la variation de chaleur ne va pas changer sa température. Par contre, si je jette un verre d'eau froide dans l'eau bouillante de mes pâtes, eh bien elle ne va plus bouillir car l'eau froide va piquer de la chaleur à l'eau chaude.
Vous avez pigé et là vous me dites "Mais comment l'eau froide pique-t-elle de la chaleur à l'eau chaude ?".
Une expérience simple à faire : achetez un esquimau et collez-y votre doigt. La partie que vous touchez va fondre et votre doigt va refroidir. La glace a pris de la chaleur à votre doigt qui lui, a refroidi. Cet échange se fait par contact direct entre deux blocs de matière (glace-doigt), on appelle cela la conduction.
Une deuxième expérience à faire : prenez un bain et attendez que l'eau refroidisse. Une fois que vous avez presque froid, remettez de l'eau chaude. Si vous ne bougez pas l'eau chaude reste proche du robinet et va mettre du temps à vous réchauffer, il est donc malin de tirer l'eau chaude avec sa main pour réchauffer son coin. On appelle cela la convection.
Troisième expérience simple : allez dehors un jour de soleil où des nuages passent, fermez les yeux et devinez quand vous êtes à l'ombre d'un nuage ou au soleil. Facile ? Oui mais parce que votre peau se réchauffe en recevant le rayonnement du soleil. Le rayonnement est le troisième moyen d'échanger de la chaleur.
Peut-être avez vous un petit jardin au soleil et l'été vous remarquez que l'eau du tuyau resté au soleil peut être très chaude ! C'est donc sympa d'être le premier à se rincer au tuyau avant de se jeter dans la piscine :-) Cela implique les trois types de transfert évoqués.
1. Le robinet fermé, le tuyau est réchauffé par le rayonnement du soleil qui tape dessus.
2. Le plastique du tuyau est au contact de l'eau a l'intérieur et il la réchauffe par conduction (contact).
3. Vous ouvrez le robinet ce qui transporte la chaleur de l'eau jusqu'à votre main par convection.
Ok la matiere peut échanger de la chaleur. Mais comment est-ce qu'elle garde cette chaleur ? Vous avez peut-être vu mon post sur la dynamique moléculaire. Et bien l'idée est que la chaleur va être contenue dans ce que l'on appelle l'agitation thermique.
Prenons un glaçon dans un verre, dehors au soleil. Il va recevoir de l'énergie par rayonnement du soleil mais aussi par conduction de l'air qui l'entoure. Que se passe-t-il? Eh bien les molécules d'eau figées en glace vont commencer à vibrer sous l'effet de la chaleur, jusqu'à ce que les vibrations soient trop grandes pour que la glace reste figée. Elle se met alors à fondre et les molécules glissent les unes sur les autres. Et si l'on met ce verre d'eau au four à plus de 100 degrés que se passe-t-il ? Eh bien l'eau va chauffer et à 100 degrés elle ne peut plus être liquide et devient un gaz.
La chaleur est contenue sous forme d'agitation thermique : elle vibre, se déplace et même tourne comme une toupie s'il fait très chaud.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Transfert_thermique
Par exemple, lorsque je roule sur l'autoroute et que je regarde mon compteur, la vitesse est une mesure liée à mon énergie cinétique ("énergie du mouvement"). En gros, imaginons Bob le moustique de compétition qui vole à la même vitesse que moi : 90km/h (car je suis prudent sur la route). Bon eh bien si Bob change de voie, va à gauche et vole à contre sens, vous pensez qu'il va exploser le camion en s'écrasant sur sa vitre? Eh bien non désolé, un coup d'essuie glace et c'est fini. Maintenant moi, avec mon Hummer (je suis prudent mais pas écolo), je traverse le parapet et me retrouve à contre sens où je m'empale dans le même camion. Là il va y avoir des dégâts... et c'est pourquoi je fais bien attention à rester de mon coté ! Car ce serait extrêmement dangereux pour moi et les autres. Lors du choc, l'énergie cinétique libérée serait très grande car les tonnes du camion rencontrent celles de mon 4x4 qui vont à 90 km/h et ça représente un paquet de moustiques !
Donc la chaleur; ça dépend de la température, mais aussi de l'objet qui est à cette température. Par exemple, si je jette un glaçon dans ma piscine, il va prendre de la chaleur à l'eau pour fondre. Mais la piscine est tellement grande que la variation de chaleur ne va pas changer sa température. Par contre, si je jette un verre d'eau froide dans l'eau bouillante de mes pâtes, eh bien elle ne va plus bouillir car l'eau froide va piquer de la chaleur à l'eau chaude.
Transfert de chaleur ou d'énergie
Vous avez pigé et là vous me dites "Mais comment l'eau froide pique-t-elle de la chaleur à l'eau chaude ?".
Une expérience simple à faire : achetez un esquimau et collez-y votre doigt. La partie que vous touchez va fondre et votre doigt va refroidir. La glace a pris de la chaleur à votre doigt qui lui, a refroidi. Cet échange se fait par contact direct entre deux blocs de matière (glace-doigt), on appelle cela la conduction.
Une deuxième expérience à faire : prenez un bain et attendez que l'eau refroidisse. Une fois que vous avez presque froid, remettez de l'eau chaude. Si vous ne bougez pas l'eau chaude reste proche du robinet et va mettre du temps à vous réchauffer, il est donc malin de tirer l'eau chaude avec sa main pour réchauffer son coin. On appelle cela la convection.
Troisième expérience simple : allez dehors un jour de soleil où des nuages passent, fermez les yeux et devinez quand vous êtes à l'ombre d'un nuage ou au soleil. Facile ? Oui mais parce que votre peau se réchauffe en recevant le rayonnement du soleil. Le rayonnement est le troisième moyen d'échanger de la chaleur.
Le tuyau d'eau au soleil
Peut-être avez vous un petit jardin au soleil et l'été vous remarquez que l'eau du tuyau resté au soleil peut être très chaude ! C'est donc sympa d'être le premier à se rincer au tuyau avant de se jeter dans la piscine :-) Cela implique les trois types de transfert évoqués.
1. Le robinet fermé, le tuyau est réchauffé par le rayonnement du soleil qui tape dessus.
2. Le plastique du tuyau est au contact de l'eau a l'intérieur et il la réchauffe par conduction (contact).
3. Vous ouvrez le robinet ce qui transporte la chaleur de l'eau jusqu'à votre main par convection.
La matiere contient la chaleur
Ok la matiere peut échanger de la chaleur. Mais comment est-ce qu'elle garde cette chaleur ? Vous avez peut-être vu mon post sur la dynamique moléculaire. Et bien l'idée est que la chaleur va être contenue dans ce que l'on appelle l'agitation thermique.
Prenons un glaçon dans un verre, dehors au soleil. Il va recevoir de l'énergie par rayonnement du soleil mais aussi par conduction de l'air qui l'entoure. Que se passe-t-il? Eh bien les molécules d'eau figées en glace vont commencer à vibrer sous l'effet de la chaleur, jusqu'à ce que les vibrations soient trop grandes pour que la glace reste figée. Elle se met alors à fondre et les molécules glissent les unes sur les autres. Et si l'on met ce verre d'eau au four à plus de 100 degrés que se passe-t-il ? Eh bien l'eau va chauffer et à 100 degrés elle ne peut plus être liquide et devient un gaz.
La chaleur est contenue sous forme d'agitation thermique : elle vibre, se déplace et même tourne comme une toupie s'il fait très chaud.
Références
http://fr.wikipedia.org/wiki/Transfert_thermique
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