Avez-vous déjà été sur une plage par une journée ensoleillée ? Par beau temps, un vent souffle toujours de la mer vers la terre. Pourquoi y a-t-il toujours du vent sur la plage ? Pourquoi observe-t-on une brise de mer (vent soufflant de la mer vers la terre) le jour et une brise de terre (vent soufflant de la terre vers la mer) la nuit ? Pourquoi les nuages descendent-ils sur les flancs des montagnes pendant la saison des pluies ? Pourquoi le vent est-il frais ? Les réponses à ces questions sont liées à la chaleur spécifique de la terre et de la mer, à la dilatation thermique, à la densité et aux transferts de chaleur par convection . En maîtrisant ce sujet, vous pourrez répondre à ces questions et à bien d’autres encore.
Le transfert de chaleur par conduction se produit généralement dans les solides ou des solides vers les liquides (et inversement), ou encore des solides vers les gaz (et inversement). Le transfert de chaleur par convection se produit généralement dans les liquides (par exemple, l'eau) et les gaz (par exemple, l'air).
La convection thermique est le transfert de chaleur accompagné du mouvement de la matière. Pour mieux comprendre ce phénomène, prenons l'exemple de l'eau chauffée par le feu. Lorsqu'on chauffe de l'eau dans un récipient, la chaleur se propage du feu (température élevée) vers le récipient (température basse) par conduction et rayonnement. Ensuite, la chaleur se propage du récipient (température plus élevée) vers l'eau à proximité (température plus basse) par conduction. Cet apport de chaleur supplémentaire provoque une augmentation de la température de l'eau près du récipient. Cette augmentation de température entraîne une dilatation de l'eau, et donc une augmentation de son volume. À mesure que le volume augmente, sa densité diminue. L'eau près du fond du récipient a une température plus élevée que l'eau située au-dessus. Autrement dit, l'eau près du fond du récipient a un volume plus important et une densité plus faible, tandis que l'eau au-dessus a un volume plus faible et une densité plus élevée. Cette différence de densité provoque un mouvement de l'eau à la surface du récipient, plus dense, vers le bas, et un mouvement de l'eau près du fond, moins dense, vers le haut. Ce processus se poursuit continuellement jusqu'à ce que toute l'eau à l'intérieur ait la même température (si la pression atmosphérique est de 1 atmosphère, l'eau dans le récipient s'évaporera, c'est-à-dire qu'elle bouillira à une température de 100 ° C).
L'apparition des brises de terre et de mer implique également des transferts de chaleur par conduction et convection. La chaleur spécifique de la terre (la chaleur spécifique d'un solide) étant inférieure à celle de l'eau de mer, la terre se réchauffe plus rapidement sous l'effet du soleil et se refroidit plus rapidement la nuit. Ce réchauffement plus rapide de la terre entraîne celui de l'air qui la surplombe (transfert de chaleur de la terre vers l'air par conduction). La température de l'air ainsi enrichi augmente et celui-ci se dilate, ce qui diminue sa densité. À l'inverse, la température de l'eau de mer étant plus basse, l'air au-dessus de la surface de la mer est également plus froid que l'air au-dessus de la terre. L'air au niveau de la mer étant plus froid, sa densité est plus élevée. Cette différence de densité provoque un mouvement de l'air au niveau de la mer vers la terre, repoussant l'air situé au-dessus vers le haut. Plus on s'éloigne de la surface terrestre, moins la quantité d'air produite diminue en raison de la diminution de la force gravitationnelle terrestre. La quantité d'air diminuant, la pression atmosphérique diminue également. L'air chaud situé au-dessus des terres et qui s'élève se refroidit car la pression atmosphérique diminue avec l'altitude. Cet air froid redescend ensuite, non pas vers la surface terrestre, mais vers la surface de l'océan, où la température est plus basse. Ce processus se répète continuellement, créant un flux d'air de la mer vers la terre. En résumé, l'air près de la surface de la mer se déplace vers la terre, l'air près de la surface terrestre s'élève et l'air situé au-dessus se déplace vers la surface de la mer.
Pourquoi la fumée monte-t-elle toujours ?
La fumée monte car sa température est supérieure à celle de l'air ambiant. Cette température plus élevée entraîne une augmentation de son volume et une diminution de sa densité. La plus faible densité de la fumée engendre une pression inférieure à celle de l'air ambiant. L'air ambiant repousse alors la fumée vers le haut.
Pourquoi les nuages descendent-ils pendant la saison des pluies ? Pendant la saison des pluies, les nuages se gorgent de vapeur d’eau, ce qui augmente leur densité. Ces nuages, riches en vapeur d’eau et de haute densité, descendent vers les zones où l’air ambiant a une densité similaire.
