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N°2 - La chaleur - niv 5

N°2 - La chaleur - niv 5

La chaleur est une forme d'énergie échangée entre deux corps dont les températures sont différentes.

Ce transfert de chaleur s'effectue sous forme d'énergie mécanique microscopique, correspondant au degré d'agitation des molécules. Ainsi, lorsqu'un corps reçoit de la chaleur, l'agitation de ses molécules a tendance à s'intensifier, ce qui se traduit la plupart du temps par une augmentation de sa température.

Cependant, un apport de chaleur peut également provoquer un changement d'état : si on chauffe un glaçon, il fond progressivement tout en restant à 0 [°C].

Entre deux corps, la chaleur se propage spontanément du corps le plus chaud vers le plus froid, élevant donc généralement la température de ce dernier, tout en abaissant la température du premier.

La chaleur ne peut se déplacer en sens inverse (d'un milieu froid vers un milieu plus chaud), qu'à condition de fournir une énergie complémentaire pour permettre ce transfert non naturel. On pourra ainsi transférer de la chaleur d'un local climatisé vers un milieu extérieur chaud grâce à un climatiseur qui consommera de l'électricité.

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Si le corps chaud est en contact avec le corps froid, la chaleur se transmet de proche en proche par conduction. Les molécules en surface du corps chaud perdront une partie de leur agitation au profit des molécules situées en surface du corps froid.

Il en découlera un déséquilibre d'agitation aussi bien du côté du corps froid que du corps chaud qui se transmettra de proche en proche aussi longtemps que les 2 corps n'auront pas atteint une même température moyenne.

Si les corps en contact sont des fluides, les molécules " réchauffées " auront généralement tendance à monter du fait de leur dilatation, tandis que les molécules " refroidies " descendront. Ce type de conduction de chaleur sera appelé convection.

Ainsi, au dessus du radiateur, on sent l'air chauffé monter du fait de la convection. Dans le local chauffé, l'air sera toujours plus chaud au plafond qu'au sol. Ce phénomène est appelé stratification.

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Si le corps chaud n'est pas en contact avec le corps froid la transmission de chaleur s'effectue par rayonnement. C'est par ce mode de transmission que le soleil chauffe notre planète. L'énergie se transmet sous forme de particules élémentaires sans masse, appelées photons. Lorsque ces photons frappent la surface du corps froid, ils en agitent les molécules.

Dès qu'il y a écart de température entre 2 corps sans contact, il y a échange de chaleur par rayonnement du corps chaud vers le corps froid.

Ainsi, le radiateur transmet sa chaleur à l'air par convection et par rayonnement à toutes les surfaces moins chaudes qui l'entourent. La proportion entre ces 2 modes d'échange est fonction de la forme du radiateur.

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Question

Q1: Indiquez au moins 3 situations durant lesquelles vous avez nettement ressenti un rayonnement.

Dès qu'il y a écart de température entre 2 corps sans contact, il y a échange de chaleur du corps chaud vers le corps froid par rayonnement.

Exemples de situations dans lesquelles on ressent un rayonnement:
- lorsque l'on est au soleil,
- lorsque l'on se trouve devant un radiateur,
- lorsque l'on se trouve devant un feu de cheminée,
- lorsque l'on se trouve devant une plaque chauffante électrique.

Remarque: lorsque qu'en hiver, à l'intérieur d'un local chauffé, on se trouve devant une paroi froide telle qu'une baie vitrée, on ressent un rayonnement froid. On parle d'un "effet de paroi froide".

Question

Q2: Lorsque qu'en hiver, à l'intérieur d'un local chauffé, on se trouve devant une paroi froide telle qu'une baie vitrée, on ressent un rayonnement froid.
Qui rayonne vers qui? La fenêtre froide vers le corps humain ou le corps humain vers la fenêtre?

Dès qu'il y a écart de température entre 2 corps sans contact, il y a échange de chaleur du corps chaud vers le corps froid par rayonnement.

C'est donc le corps humain qui rayonne vers la fenêtre, même si l'on a l'impression d'un rayonnement de froid inverse.

Question

Q3: Est-il possible de faire passer de la chaleur d’un local tel qu'une chambre d'hôtel à 25 [°C] à une rue à 35 [°C].
Comment?
On pourra transférer de la chaleur d'un local climatisé à 25 [°C] vers un milieu extérieur plus chaud à 35 [°C] grâce à un climatiseur qui consommera de l'électricité.
Il est donc possible de déplacer de la chaleur d'un milieu froid vers un milieu plus chaud, mais à condition de fournir une énergie complémentaire (généralement électrique).
Ainsi le climatiseur dispose d'un compresseur dont le moteur électrique permet ce transfert de chaleur dans un sens qui n'est pas naturel.