Introduction au transfert de chaleur Comment fonctionne le transfert de chaleur?

Qu'est-ce que la chaleur? Comment se déroule le transfert de chaleur? Quels sont les effets sur la matière lorsque la chaleur passe d'un corps à un autre? Voici ce que vous devez savoir:

Définition du transfert de chaleur

Le transfert de chaleur est un processus par lequel l'énergie interne d'une substance est transférée à une autre substance. La thermodynamique est l'étude du transfert de chaleur et des changements qui en découlent. Une compréhension du transfert de chaleur est cruciale pour analyser un processus thermodynamique, comme ceux qui ont lieu dans les moteurs thermiques et les pompes à chaleur.

Formes de transfert de chaleur

Selon la théorie cinétique, l'énergie interne d'une substance est générée par le mouvement d'atomes ou de molécules individuels. L'énergie thermique est la forme d'énergie qui transfère cette énergie d'un corps ou d'un système à un autre. Ce transfert de chaleur peut avoir lieu de plusieurs manières:

• Conduction est lorsque la chaleur circule à travers un solide chauffé à travers un courant de chaleur se déplaçant à travers le matériau. Vous pouvez observer la conduction lors du chauffage d'un élément du brûleur du poêle ou d'une barre de métal, qui passe du rouge chaud au blanc chaud.
• Convection c'est quand des particules chauffées transfèrent de la chaleur à une autre substance, comme faire cuire quelque chose dans de l'eau bouillante.
• Radiation c'est lorsque la chaleur est transférée à travers les ondes électromagnétiques, comme celle du soleil. Le rayonnement peut transférer de la chaleur à travers un espace vide, tandis que les deux autres méthodes nécessitent une certaine forme de contact matière à matière pour le transfert.

Pour que deux substances s'influencent mutuellement, elles doivent être contact thermique avec l'un l'autre. Si vous laissez votre four ouvert alors qu'il est allumé et que vous vous tenez à plusieurs mètres devant lui, vous êtes en contact thermique avec le four et vous pouvez sentir la chaleur qu'il vous transfère (par convection dans l'air).

Normalement, bien sûr, vous ne ressentez pas la chaleur du four lorsque vous êtes à plusieurs mètres et c'est parce que le four a isolation thermique pour garder la chaleur à l'intérieur, empêchant ainsi tout contact thermique avec l'extérieur du four. Ce n'est bien sûr pas parfait, donc si vous vous tenez à proximité, vous ressentez de la chaleur du four.

Équilibre thermique c'est lorsque deux éléments en contact thermique ne transfèrent plus de chaleur entre eux.

Effets du transfert de chaleur

L'effet de base du transfert de chaleur est que les particules d'une substance entrent en collision avec les particules d'une autre substance. La substance la plus énergétique perdra généralement de l'énergie interne (c'est-à-dire "se refroidira") tandis que la substance moins énergique gagnera de l'énergie interne (c'est-à-dire "se réchauffera").

L'effet le plus flagrant de cela dans notre vie de tous les jours est une transition de phase, où une substance passe d'un état de la matière à un autre, comme la glace qui fond d'un solide à un liquide en absorbant la chaleur. L'eau contient plus d'énergie interne (c'est-à-dire que les molécules d'eau se déplacent plus rapidement) que dans la glace.

De plus, de nombreuses substances passent par dilatation thermique ou contraction thermique à mesure qu'ils gagnent et perdent de l'énergie interne. L'eau (et d'autres liquides) se dilate souvent lorsqu'elle gèle, ce que toute personne qui a mis une boisson avec un bouchon dans le congélateur pendant trop longtemps a découvert.

Capacité thermique

le capacité thermique d'un objet aide à définir comment la température de cet objet répond à l'absorption ou à la transmission de chaleur. La capacité calorifique est définie comme le changement de chaleur divisé par le changement de température.

Lois de la thermodynamique

Le transfert de chaleur est guidé par certains principes de base qui sont devenus connus sous le nom de lois de la thermodynamique, qui définissent la relation entre le transfert de chaleur et le travail effectué par un système et imposent des limites à ce qu'il est possible pour un système d'atteindre..

Sous la direction d'Anne Marie Helmenstine, Ph.D.