• JC Duval

Chaleur et température

La France est ce pays magique où le plus commun des troquets peut vous servir n'importe quand un grand champagne à température idéale.

Amélie Nothomb

 

Quand on est en plein soleil on dit qu'il fait chaud … Quand on mange une glace on dit que c'est froid …

Le langage courant a trop souvent tendance à mélanger et confondre certaines notions, et c'est le cas de la chaleur et de la température.

Même si on comprend bien qu'il y a un lien entre les deux, il n'est pas toujours facile de l'expliquer.

 

Température


Commençons par la température. La température permet de mesurer le degré d’agitation des molécules et des atomes qui sont contenus dans un objet. Plus le degré d'agitation est élevé plus la température est élevée. A contrario, plus le degré d'agitation est faible plus la température est faible.

Le Kelvin est l'unité de mesure de ce degré d'agitation. Il mesure l'énergie cinétique des atomes et c'est le physicien Boltzmann qui à la fin du 19ème siècle a établi le lien direct entre l'énergie et la température. En toute logique, la température devrait être mesurée en joule ou en électron-volt.

Plus la température est élevée, plus le degré d'agitation moléculaire est élevé.

Mais quand on descend au niveau atomique, il faut tenir compte des effets quantiques. Un des principes énoncé par Heisenberg dit qu’il est impossible de connaître de manière simultanée et de façon précise, la position et la vitesse d’une particule quantique. De ce fait, la quantique révèle que la vitesse d'une particule n'est jamais nulle. Elle bouge en permanence, si infime soit son mouvement.

Le degré d'agitation n'est jamais nul, la température ne peut jamais atteindre le zéro absolu.

 

Chaleur


La chaleur est la capacité qu'à un corps à fournir de l'énergie, en l'occurence thermique. La sensation de chaleur rend compte du transfert d'énergie d'un milieu à un autre.

Un objet peut "gagner ou perdre de la chaleur", mais il ne peut pas "avoir de la chaleur". La chaleur n'est donc pas une propriété intrinsèque de l'objet ou du système.

Le transfert d'énergie thermique entre deux objets mène au changement de température des deux objets. L’objet initialement chaud devient plus froid et l’objet initialement froid devient plus chaud.


Cependant, si on touche une table dont le plateau est en bois et les pieds sont métalliques, le métal nous semble froid alors que le bois ne nous procure pas de sensation particulière. Pourtant, le plateau et les pieds sont dans le même environnement, ils ont donc la même température. Alors, comment expliquer cette différence ?

Eh bien ce que nous sentons, ce n'est pas directement la température, mais la chaleur liée à l'échange. Comme le bois est un isolant thermique, l'énergie de notre main ne se propage pas, même si elle est plus chaude que le plateau de la table. À l’inverse, le métal qui est un conducteur idéal, capture une partie de l'énergie de notre main, et ce transfert nous procure une sensation de froid.

 
 

2 fois plus chaud


Passer de 20°c à 40°c ne veut pas dire qu'il fait deux fois plus chaud. Seule l’échelle des températures en °Kelvin est dite "absolue". La température en °k est proportionnelle à l’énergie des niveaux échangeant de la chaleur et peut donc à ce titre être considérée comme une grandeur physique, ce qui n'est pas le cas des températures en °c.

Par convention le 0°c a été fixé comme point de fusion de l'eau, et on a établi une correspondance entre les °c et les °k de telle sorte que 0°c = 273°k, soit 20°c = 293°k (20 + 273) et 40°c = 313°k (40 + 273) .

Pour doubler la chaleur contenue dans 1 m³ d'air à 20°c, il faudra donc une température de 586°k (293°k x 2) soit 313°c (586°k - 273°k). Autant dire que c'est chaud …


 

La chaleur d'un corps est proportionnelle à sa température et à sa masse.

 

Rayonnement thermique et chaleur


Le rayonnement thermique représente, avec la convection et la conduction, l'une des manifestations physiques qui autorisent le transfert de chaleur. Sa particularité : il peut transporter de la chaleur à travers le vide. C'est grâce au rayonnement thermique que le soleil nous transmet sa chaleur sans contact direct. Les ondes électromagnétiques situées dans la gamme des infrarouges viennent exciter les électrons touchés par le rayonnement.


Un rayonnement fonction de la température


Le rayonnement thermique résulte de la transition d'électrons entre deux états d'énergie. Selon la loi de Planck, le passage d'un niveau d'énergie à un niveau inférieur s'accompagne de l'émission d'un rayonnement. Ainsi, un corps placé à une température donnée émet des ondes électromagnétiques de fréquences différentes. La répartition de ces fréquences et la quantité d'énergie émise dépendent de la température du corps. Plus celle-ci est élevée, plus le rayonnement thermique s'avère intense aux courtes longueurs d'onde. Un corps qui, pour une température donnée, émet le maximum d'énergie est appelé « corps noir ».

 

110 vues0 commentaire

Posts récents

Voir tout