Article sur le transfert de chaleur par convection
Avez-vous déjà été à la plage par une belle journée ensoleillée ? Par temps clair, le vent souffle toujours de la mer. Pourquoi y a-t-il toujours du vent à la plage ? Pourquoi la brise de mer (vent soufflant de la mer vers la terre) souffle-t-elle le jour, et la brise de terre (vent soufflant de la terre vers la mer) la nuit ? Pourquoi, pendant la saison des pluies, les nuages descendent-ils jusqu'aux pentes ? 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, à la densité et aux transferts de chaleur par convection !
En maîtrisant parfaitement le sujet, vous pourrez répondre aux questions ci-dessus et à d'autres questions que vous pourriez vous poser ultérieurement.
Le transfert de chaleur par conduction se produit généralement dans les corps solides ou entre les corps solides et liquides (et inversement), ou entre les corps solides et gazeux (et inversement). Le transfert de chaleur par convection, quant à lui, se produit typiquement dans les corps liquides (comme l'eau) et gazeux (comme l'air). La convection est un transfert de chaleur accompagné du déplacement de la matière. Pour mieux comprendre la convection, 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 du récipient (température plus basse) par conduction. Cet apport de chaleur supplémentaire entraîne une augmentation de la température de l'eau près du récipient.
L'augmentation de la température de l'eau provoque sa dilatation, c'est-à-dire une augmentation de son volume. En effet, plus le volume d'eau augmente, plus sa densité diminue. L'eau près du fond du récipient est plus chaude que celle qui se trouve juste à côté. Autrement dit, l'eau au 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 fait que l'eau à la surface du récipient, plus dense, descend et que l'eau près du fond, moins dense, remonte. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que toute l'eau à l'intérieur du récipient ait la même température (si la pression atmosphérique est de 1 atmosphère, l'eau s'évapore ou bout à 100 ° C).
L'apparition des vents de terre et des brises marines implique également des transferts de chaleur par conduction et convection. La chaleur spécifique de la terre est inférieure à celle de l'eau de mer. Par conséquent, le sol se réchauffe plus rapidement lorsqu'il est exposé au soleil et se refroidit la nuit. La chaleur de la terre réchauffe plus rapidement l'air qui la surplombe (la chaleur se propage de la terre à l'air par conduction). La température de l'air augmente et celui-ci se dilate. De ce fait, sa densité diminue. À l'inverse, la température de l'eau de mer étant plus froide, l'air au-dessus du niveau de la mer est également plus froid que l'air au niveau de la terre.
L'air à la surface de la mer est plus froid, donc plus dense. Cette différence de densité provoque un mouvement de l'air à la surface de la mer vers la terre, tandis que l'air au sol s'élève. Plus on s'éloigne de la surface terrestre, plus la quantité d'air diminue car la force gravitationnelle terrestre est plus faible. Par conséquent, la pression atmosphérique diminue également.
L'air chaud qui monte au-dessus des terres se refroidit car, plus il s'éloigne de la surface terrestre, plus la pression atmosphérique diminue. Cet air froid descend alors, non pas vers la surface terrestre, mais vers la surface de l'océan, où les températures sont plus basses. Ce processus se répète continuellement, créant ainsi un flux d'air de la mer vers la terre. En résumé, l'air près de la surface de la mer descend vers le sol, l'air près de la surface terrestre monte, et l'air en altitude remonte 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 masse plus faible de la fumée engendre une pression moindre comparée à la pression atmosphérique. L'air environnant exerce donc une force sur la fumée pour qu'elle monte.
Pourquoi les nuages descendent-ils pendant la saison des pluies ? Durant cette période, les nuages se gorgent de vapeur d'eau, ce qui augmente leur densité. Ces nuages, riches en vapeur d'eau et donc très denses, descendent vers les zones où l'air ambiant a une densité similaire. Si vous avez bien compris cette explication, vous pourrez poser de nombreuses questions sur ce sujet et y répondre.
