Matière : Définition de la chaleur, conductivité thermique, capacité thermique
Avez-vous déjà bu du thé glacé, du lait glacé, du sirop glacé, etc. ? Pour préparer du thé glacé, on mélange généralement de l'eau chaude ou tiède dans un verre avec des glaçons. L'eau chaude ou tiède est plus chaude que les glaçons. Au contact, le mélange de glaçons et de thé chaud se transforme en thé glacé (les deux liquides atteignent la même température). Le même phénomène se produit lorsqu'on mélange de l'eau chaude et de l'eau froide. Au contact, elles deviennent tièdes (le mélange atteint la même température). Comment ces deux liquides peuvent-ils atteindre la même température au contact ?
Définition de la chaleur
Lorsque des objets de températures différentes entrent en contact, un transfert de chaleur, souvent appelé simplement chaleur, se produit de l'objet le plus chaud vers l'objet le plus froid. Ce transfert cesse dès que les objets atteignent la même température. Par exemple, si l'on mélange de l'eau chaude et de l'eau froide, la chaleur se déplace généralement de l'eau chaude vers l'eau froide. De même, lorsqu'on plonge un fer chaud dans l'eau froide, la chaleur se déplace du fer vers l'eau. Le flux de chaleur s'arrête lorsque le fer et l'eau atteignent la même température. Lorsqu'un médecin ou une infirmière applique un thermomètre sur votre corps, la chaleur se déplace de votre corps vers le thermomètre. Ce transfert cesse lorsque votre corps et le thermomètre ont atteint la même température. Si le thermomètre utilisé est un thermomètre à mercure, lorsque votre corps et le thermomètre atteignent la même température, la surface du mercure cesse de bouger. Le chiffre affiché à la surface du mercure correspond alors à votre température corporelle.
Naturellement, la chaleur se déplace des objets à haute température vers les objets à basse température. Le transfert de chaleur tend à égaliser les températures des objets en contact. Au XVIIIe siècle, les physiciens soupçonnaient que ce flux de chaleur était dû au mouvement d'un fluide, un fluide invisible (les fluides sont des substances qui peuvent s'écouler. Ils comprennent les liquides et les gaz. L'eau, par exemple, est un fluide car elle peut s'écouler. L'air est également un fluide car il peut s'écouler). Ce fluide fut nommé calorique . La théorie du calorique est aujourd'hui abandonnée car, sur la base de résultats expérimentaux, son existence ne peut être prouvée.
Au XIXe siècle, le physicien anglais James Prescott Joule (1818-1889) étudia le chauffage de l'eau dans un récipient à l'aide d'une roue d'agitation. Se basant sur les résultats de son expérience, Joule établit une comparaison avec le chauffage de l'eau par le feu. Lorsqu'une flamme et un récipient contenant de l'eau entrent en contact, la chaleur se déplace du feu (haute température) vers l'eau (basse température). Après avoir comparé l'augmentation de température de l'eau due au contact avec le feu et celle due au travail effectué par la roue d'agitation, Joule conclut que la chaleur est une forme d'énergie qui se déplace d'un corps chaud vers un corps froid. La chaleur n'est pas une forme d'énergie (contrairement à l'énergie cinétique, l'énergie potentielle ou l'énergie chimique) . La chaleur est une forme d'énergie qui se déplace en raison des différences de température . Ainsi, lorsque la chaleur se propage d'un corps chaud vers un corps froid, c'est bien de l'énergie qui se déplace du corps chaud vers le corps froid. Le transfert d'énergie cesse une fois que les objets en contact atteignent la même température ou l'équilibre thermique.
conductivité thermique
Pourquoi la plupart des ustensiles de cuisine sont-ils en aluminium ? Imaginez que votre main gauche tienne un fer à repasser et votre main droite un verre, puis que le fer et le verre soient mis en contact avec une flamme. Votre main gauche ou votre main droite est-elle plus chaude ? Ces questions, et peut-être d’autres que vous pourriez vous poser, sont liées à la conductivité thermique d’un objet. La conductivité thermique d’un objet est sa capacité à transmettre la chaleur . Les objets ayant une conductivité thermique élevée (k) sont de bons conducteurs de chaleur . À l’inverse, les objets ayant une faible conductivité thermique sont de mauvais conducteurs de chaleur.
Capacité thermique
La capacité thermique (C) est la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d'un objet entier d'un degré. La formule de la capacité thermique est :
C = mc
Information : C = capacité thermique, m = masse de l'objet, c = chaleur spécifique de l'objet.
