Qu’est-ce que la chaleur ?
Toute matière est constituée de molécules et d’atomes. Ces atomes sont toujours dans différents types de mouvement (translation, rotation, vibration). Le mouvement des atomes et des molécules crée de la chaleur ou de l’énergie thermique. Toute la matière possède cette énergie thermique. Plus les atomes ou les molécules ont de mouvement, plus ils auront de chaleur ou d’énergie thermique.
Voici une animation réalisée à partir d’une courte simulation de dynamique moléculaire de l’eau. Les lignes vertes représentent les liaisons hydrogène entre l’oxygène et l’hydrogène. Remarquez la structure serrée de l’eau
Les liaisons hydrogène sont beaucoup plus faibles que les liaisons covalentes. Cependant, lorsqu’un grand nombre de liaisons hydrogène agissent à l’unisson, elles ont un effet contributif important. C’est le cas dans l’eau illustrée ici.
L’eau liquide a une structure partiellement ordonnée dans laquelle les liaisons hydrogène sont constamment formées et rompues. En raison de la courte échelle de temps (de l’ordre de quelques picosecondes), peu de liaisons
Qu’est-ce que la température ?
Dans la vidéo ci-dessus qui montre le mouvement des atomes et des molécules, on peut voir que certains se déplacent plus rapidement que d’autres. La température est une valeur moyenne de l’énergie pour tous les atomes et molécules d’un système donné. La température est indépendante de la quantité de matière présente dans le système. Il s’agit simplement d’une moyenne de l’énergie dans le système.
Comment la chaleur est-elle transférée ?
La chaleur peut se déplacer d’un endroit à un autre de trois manières : La conduction, la convection et le rayonnement. La conduction et la convection nécessitent toutes deux de la matière pour transférer la chaleur.
S’il y a une différence de température entre deux systèmes, la chaleur trouvera toujours un moyen de se transférer du système supérieur au système inférieur.
CONDUCTION–
La conduction est le transfert de chaleur entre des substances qui sont en contact direct les unes avec les autres. Plus le conducteur est bon, plus la chaleur sera transférée rapidement. Le métal est un bon conducteur de chaleur. La conduction se produit lorsqu’une substance est chauffée, les particules acquièrent plus d’énergie et vibrent davantage. Ces molécules se heurtent alors aux particules voisines et leur transfèrent une partie de leur énergie. Cela continue ensuite et fait passer l’énergie de l’extrémité chaude vers l’extrémité plus froide de la substance.
CONVECTION–
L’énergie thermique est transférée des endroits chauds aux endroits froids par convection. La convection se produit lorsque des zones plus chaudes d’un liquide ou d’un gaz montent vers des zones plus froides du liquide ou du gaz. Le liquide ou le gaz plus froid prend alors la place des zones plus chaudes qui sont montées plus haut. Il en résulte un modèle de circulation continue. L’eau qui bout dans une casserole est un bon exemple de ces courants de convection. Un autre bon exemple de convection se trouve dans l’atmosphère. La surface de la terre est réchauffée par le soleil, l’air chaud s’élève et l’air frais s’y déplace.
RADIATION–
Le rayonnement est une méthode de transfert de chaleur qui ne repose sur aucun contact entre la source de chaleur et l’objet chauffé comme c’est le cas avec la conduction et la convection. La chaleur peut être transmise à travers un espace vide par rayonnement thermique souvent appelé rayonnement infrarouge. Il s’agit d’un type de rayonnement électromagnétique. Aucune masse n’est échangée et aucun milieu n’est nécessaire dans le processus de rayonnement. Des exemples de rayonnement sont la chaleur du soleil ou la chaleur dégagée par le filament d’une ampoule électrique.