Tout aussi intéressant que les effets du transfert de chaleur sur un système sont les méthodes par lesquelles cela se produit. Dès qu’il y a une différence de température, un transfert de chaleur se produit. Le transfert de chaleur peut se produire rapidement, comme à travers une casserole, ou lentement, comme à travers les parois d’une glacière de pique-nique. Nous pouvons contrôler les taux de transfert de chaleur en choisissant les matériaux (comme des vêtements en laine épaisse pour l’hiver), en contrôlant le mouvement de l’air (comme l’utilisation de coupe-froid autour des portes), ou en choisissant la couleur (comme un toit blanc pour refléter la lumière du soleil en été). De nombreux processus impliquent un transfert de chaleur, si bien qu’il est difficile d’imaginer une situation où aucun transfert de chaleur ne se produit. Pourtant, chaque processus impliquant un transfert de chaleur se déroule par seulement trois méthodes :

1. La conduction est le transfert de chaleur à travers une matière stationnaire par contact physique. (La matière est stationnaire à l’échelle macroscopique – nous savons qu’il existe un mouvement thermique des atomes et des molécules à toute température supérieure au zéro absolu). La chaleur transférée entre le brûleur électrique d’une cuisinière et le fond d’une casserole est transférée par conduction.
2. La convection est le transfert de chaleur par le mouvement macroscopique d’un fluide. Ce type de transfert a lieu dans un four à air pulsé et dans les systèmes météorologiques, par exemple.
3. Le transfert de chaleur par rayonnement se produit lorsque des micro-ondes, un rayonnement infrarouge, une lumière visible ou une autre forme de rayonnement électromagnétique sont émis ou absorbés. Un exemple évident est le réchauffement de la Terre par le Soleil. Un exemple moins évident est le rayonnement thermique du corps humain.

Nous examinons ces méthodes en détail dans les trois modules suivants. Chaque méthode présente des caractéristiques uniques et intéressantes, mais toutes trois ont un point commun : elles transfèrent la chaleur uniquement en raison d’une différence de température Figure 1.

• La chaleur est transférée par trois méthodes différentes : la conduction, la convection et le rayonnement.

Questions conceptuelles

1 : Quelles sont les principales méthodes de transfert de chaleur du noyau chaud de la Terre vers sa surface ? De la surface de la Terre à l’espace extra-atmosphérique ?

2 : Lorsque notre corps a trop chaud, il réagit en transpirant et en augmentant la circulation sanguine vers la surface pour transférer l’énergie thermique loin du noyau. Quel effet cela aura-t-il sur une personne dans un jacuzzi à 40,0o C ?

3 : La figure 2 montre un dessin en coupe d’une bouteille thermos (également connue sous le nom de flacon Dewar), qui est un dispositif conçu spécifiquement pour ralentir toutes les formes de transfert de chaleur. Expliquez les fonctions des différentes parties, comme le vide, l’argenture des parois, le long goulot en verre à paroi mince, le support en caoutchouc, la couche d’air et le bouchon.

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