Conduction, convection et rayonnement

La conduction, la convection et le rayonnement sont les trois formes de transfert de chaleur. La chaleur est l'énergie qui passe d'un corps ou d'un système à un autre.

Le transfert de chaleur se produit uniquement lorsqu'il y a une différence de température entre deux choses.

En conduction, le transfert de chaleur se produit lorsqu'un corps ou un objet est en contact avec un autre.

La convection, en revanche, est produite par le mouvement de gaz ou de liquides à différentes températures.

De son côté, le rayonnement est un transfert de chaleur sans que les corps soient en contact. Par conséquent, cela se produit par l'émanation d'énergie par les ondes électromagnétiques.

Un exemple qui illustre cela serait celui d'une casserole d'eau bouillante: le feu chauffe la casserole (rayonnement), le métal dans la casserole chauffe l'eau (conduction) et l'eau chaude monte sous l'effet de la chaleur (convection).

Qu'est-ce que la conduction thermique?

La conduction est une forme de transfert de chaleur qui se produit lorsque deux corps sont en contact ou lorsque la chaleur passe d'un côté du même corps à l'autre. Par exemple, si nous chauffons une extrémité d'une tige de fer, l'autre extrémité chauffera après un certain temps, même si elle n'est pas en contact direct avec la source de chaleur..

Le mécanisme de transfert de chaleur par conduction est basé sur le mouvement des atomes. À mesure que la température augmente, les atomes se déplacent plus rapidement et poussent également les atomes voisins, leur transférant de la chaleur..

La capacité des matériaux à conduire la chaleur est connue sous le nom de conductivité thermique. Par exemple, l'air a une faible conductivité tout comme le bois.

D'autre part, les métaux, tels que l'aluminium et le fer, ont une conductivité thermique élevée. Ces matériaux sont très efficaces pour conduire la chaleur, car ils contiennent des électrons libres qui transfèrent l'énergie plus rapidement des zones chaudes vers les zones froides du corps..

Exemples de conduction thermique

• Poêle en fonte sur un brûleur brûlant: la chaleur du brûleur chauffe la casserole qui conduit la chaleur vers le reste de la casserole et son contenu.
• Glace fondue à la main: si on met une glace dans la main, elle fond à cause de la conduction de la chaleur corporelle.
• Pieds chauds dans le sable: lors d'une journée chaude à la plage, si nous marchons dans le sable chaud pieds nus, au bout d'un moment, nous nous sentirons brûlés par la conduction de la chaleur du sable à nos pieds.
• La tasse de café chaud: en versant du café chaud (ou une autre boisson chaude) dans une tasse, avec le temps, nous sentirons la chaleur dans nos mains. C'est pourquoi les tasses ont une poignée pour que nous puissions la saisir sans nous brûler..
• Repasser des vétements: le fer utilisé pour éliminer les plis des vêtements se réchauffe et conduit la chaleur au contact des vêtements.
• Le thermomètre: Cet instrument est utilisé pour mesurer la température car il reçoit ou transfère de la chaleur par conduction de l'objet ou de la substance avec laquelle il est en contact.
• Cuillère en métal contre cuillère en bois: une cuillère en bois conduit mal la chaleur tandis que la cuillère en métal chauffe rapidement. C'est pourquoi nous pouvons mélanger la nourriture avec la cuillère en bois, mais lorsque nous mangeons la soupe, nous utilisons une cuillère en métal.

Qu'est-ce que la convection thermique?

La convection est la forme de transfert de chaleur qui est produite par le mouvement des liquides et des gaz des zones chaudes vers les zones froides. Lorsqu'un fluide est chauffé, il devient moins dense, ce qui le fait monter.

C'est grâce au processus de convection que les nuages ​​se forment: la vapeur d'eau et l'air chaud à la surface de la Terre s'élèvent puis se condense sous forme de nuages ​​dans les hauteurs. Ce type de convection est naturel ou libre, sans intervention de forces extérieures.

D'autre part, la convection forcée se produit lorsqu'une force est appliquée pour déplacer le fluide. C'est ce qui se passe lorsque nous utilisons des ventilateurs pour déplacer de l'air chaud dans une pièce, ou lorsque nous déplaçons le contenu d'une casserole sur le brûleur..

Exemples de convection de chaleur

• Systèmes de chauffage domestique: l'air en contact avec un système de chauffage se réchauffe, puis monte et déplace l'air froid, provoquant des courants d'air.
• La chaleur interne de la Terre: le noyau de la Terre est chaud et fluide, c'est pourquoi des courants de convection sont produits qui provoquent des tremblements de terre et des éruptions volcaniques.
• Le fluide dans les réservoirs de stockage- Dans les tuyaux d'un chauffe-eau solaire, le fluide s'échauffe et devient moins dense, déplaçant la chaleur vers les fluides plus froids.
• Four à convection: l'air chaud à l'intérieur du four circule grâce à un ventilateur, ce qui permet une cuisson plus homogène des aliments.
• Faire bouillir de l'eau dans une casserole: lorsque nous mettons de l'eau dans une casserole sur un poêle en feu, l'eau chaude du bas monte, forçant le mouvement de l'eau froide de la surface.
• Sèche-cheveux: l'air froid entre dans le sécheur, est chauffé en passant à travers une résistance et souffle de l'air chaud à travers la buse.
• courants océaniques: les eaux des océans sont maintenues en mouvement constant par convection, l'eau chaude des tropiques se dirige vers les pôles.
• Montgolfières ou montgolfières: en chauffant l'air, il devient moins dense, il est emprisonné à l'intérieur du tissu du ballon, le faisant flotter. Par conséquent, pour descendre, une fenêtre s'ouvre qui laisse s'échapper l'air chaud.

Qu'est-ce que le rayonnement thermique?

Le rayonnement est le transfert de chaleur sans contact entre les objets. Cela se produit par le biais d'ondes électromagnétiques, telles que la lumière visible, les ultraviolets et les infrarouges, qui voyagent dans l'espace. Pour que le rayonnement thermique se produise, la présence de matériau n'est pas requise.

Les corps émettent de la chaleur par rayonnement, mais ils absorbent également de la chaleur, en fonction de la différence de température. En fait, les corps qui absorbent le mieux sont aussi de bons émetteurs. Par exemple, une surface noire absorbe mieux le rayonnement, mais elle émet également plus qu'une surface blanche.

Ainsi, l'émission dépend de la température du corps, plus la température est élevée, plus l'émission de chaleur est importante..

Le fonctionnement d'un thermos est basé sur la concentration du rayonnement thermique à l'intérieur. Un thermos est construit avec une double paroi de verre sans air entre eux, pour éviter les pertes de chaleur par conduction ou convection. La paroi intérieure argentée réfléchit le rayonnement sans l'absorber, de sorte que la boisson reste chaude plus longtemps.

Exemples de rayonnement thermique

• La chaleur du soleil: la Terre reçoit la chaleur du Soleil par rayonnement.
• Sable chaud sur une plage: un jour d'été, le rayonnement solaire chauffe le sable.
• Braises d'un feu de joie: lorsque nous nous approchons d'un feu de joie ou d'une cheminée, les charbons ardents dégagent une chaleur de rayonnement.
• Fournaise solaire: les rayons du soleil frappent une surface chauffant l'air.
• Thermomètre infrarouge: mesure le rayonnement d'un corps dans le domaine infrarouge et le représente sous forme de température.
• Caméras thermiques: les caméras thermiques enregistrent la chaleur des corps émise par le rayonnement.
• Lits de bronzage: les lits de bronzage sont basés sur l'émission de rayons ultraviolets qui favorisent le bronzage de la peau. Son utilisation est limitée par la prédisposition aux lésions cutanées.

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