1. Définition du transfert de chaleur par conduction
Si vous vous asseyez sur une chaise en bois, sa surface se réchauffe. En revanche, si vous vous asseyez sur une chaise en plastique ou en métal, sa surface reste froide. Pourquoi la surface d'une chaise en bois chauffe-t-elle, alors que celle d'une chaise en métal reste froide ? Pourquoi dormir à même le sol froid, sans matelas, peut-il provoquer des douleurs ? Avez-vous déjà porté une veste isolante ? Pourquoi la plupart des vestes isolantes sont-elles en laine ? Il reste encore de nombreuses questions à se poser concernant la conduction thermique.
Lorsqu'une partie d'un objet à haute température entre en contact avec une partie à basse température, de l'énergie se déplace de l'objet à haute température vers la partie à basse température. Cet apport d'énergie accélère le mouvement des atomes et des molécules. En mouvement, une molécule possède une énergie cinétique (Ec = 1/2 mv² ) . Les molécules les plus rapides (celles qui possèdent la plus grande énergie cinétique) percutent les molécules voisines. Une molécule heurte une autre molécule à proximité, et ainsi de suite. Les molécules entrent donc en collision, ce qui entraîne un transfert d'énergie. Ce transfert de chaleur par collisions entre les molécules est appelé conduction thermique.
2. L'équation du transfert de chaleur par conduction
L'objet situé à gauche a une température plus élevée (T).1) tandis que l'objet situé à droite a une température inférieure (T2). En raison de la différence de température (T1 - T2La chaleur se déplace d'un objet à haute température vers un objet à basse température (le flux thermique se propage vers la droite). L'objet traversé par la chaleur possède une section transversale (A) et une longueur (l).
D'après les résultats de l'expérience, la chaleur qui se déplace pendant un certain intervalle de temps (Q/t) est directement proportionnelle à la différence de température (T 1 – T 2 ).
La section transversale (A), la nature de l'objet (k = conductivité thermique) et la relation inversement proportionnelle à sa longueur. Formule du transfert de chaleur par conduction :
Description : Q/t = taux de transfert de chaleur, k = conductivité thermique, A = aire de la section transversale, T 1 = haute température, T 2 = basse température, l = longueur de l'objet.
3. La conductivité thermique (k)
Pourquoi la plupart des ustensiles de cuisine sont-ils en aluminium ? Si votre main gauche tient le fer et votre main droite le verre, et que ces deux éléments sont en contact avec le feu, lequel vous semble le plus rapide ? Ces questions, et peut-être d'autres encore, sont liées à la conductivité thermique des objets. 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.
4. Application du transfert de chaleur par conduction
Pourquoi les carreaux paraissent-ils plus frais que la moquette ? Les carreaux ont une conductivité thermique supérieure à celle de la moquette. Ils conduisent donc bien la chaleur, contrairement à la moquette. Lorsque nous marchons sur la moquette, la chaleur de nos pieds se propage vers le tapis. Cela s'explique par le fait que notre température corporelle est plus élevée que celle du tapis. La moquette étant un mauvais conducteur de chaleur, la chaleur de nos pieds s'accumule à sa surface, ce qui la rend plus chaude. En revanche, lorsque nous marchons sur du carrelage ou de la céramique, la chaleur se propage du pied vers le carrelage ou la céramique. Grâce à leur bonne conductivité thermique, les carreaux ne retiennent pas la chaleur à leur surface. La chaleur se diffuse ainsi de manière fluide, ce qui explique la sensation de fraîcheur sous nos pieds.
Dormir à même le sol, sans support, peut provoquer des douleurs. Pourquoi ? À cause de la chaleur corporelle qui se dissipe vers le sol. La chaleur est une forme d'énergie qui se déplace. Lorsque le corps perd beaucoup de chaleur, son énergie diminue. Un manque d'énergie peut entraîner des maladies.
Quelles sont les fonctions des fenêtres et des portes ? Pourquoi les portes et fenêtres doivent-elles être en bois ? La nuit, la température extérieure est inférieure à la température intérieure. Cette différence de température provoque un transfert de chaleur de l'intérieur vers l'extérieur. C'est pourquoi, généralement, nous fermons les portes et les fenêtres la nuit. L'air emprisonné à l'intérieur des fenêtres et des portes constitue un bon isolant. Plus la conductivité thermique d'un objet est faible, plus le transfert de chaleur par conduction à travers cet objet est difficile.
Outre le maintien de notre statut d'êtres humains civilisés et normaux, les vêtements contribuent également à stabiliser notre température corporelle. Les vêtements que nous portons sont généralement adaptés à la température ambiante. Lorsque la température extérieure est suffisamment basse, nous portons des vêtements plus épais. Les couvertures ou vêtements épais (vestes, etc.) empêchent l'air de circuler. L'air est emprisonné entre la peau et le vêtement. Du fait de la différence de température entre notre corps et cet air emprisonné, la chaleur se déplace du corps vers l'air. Cet apport de chaleur corporelle entraîne une augmentation de la température de l'air emprisonné (l'air se réchauffe). La conductivité thermique de l'air étant minimale, la chaleur ne peut s'échapper du corps. Notre température corporelle est ainsi maintenue. Si nous ne portons pas de veste lorsqu'il fait froid, la chaleur s'échappe de notre corps. Plus la chaleur s'échappe, plus le corps perd d'énergie.
