20 avril 2008
Vulgarisons la science : Chaleur et Température
Avez vous déjà remarqué, que lorsque l'on a froid, on se frotte instinctivement les mains ? Pourquoi le fait de se frotter les mains produit-il de la chaleur ? Qu'est-ce que la chaleur ?
Les physiciens font la différence entre température et chaleur qui est considérée comme une énergie. La température, notée T est celle que l'on peut lire sur un thermomètre, et la chaleur, notée Q est une grandeur physique dépendant de plusieurs variables. Pour bien comprendre la différence entre chaleur et température, prenons l'exemple suivant : je me promène dans un bois, à l'ombre, et il fait 20°C, je me sens bien. Je vais me baigner dans la rivière d'à coté qui est elle aussi à 20°C, j'ai une sensation de froid que je n'avais pas à l'ombre de mon arbre. L'explication physique est la suivante, l'eau est conductrice de chaleur, plus que l'air. Lorsque mon corps qui est à 37°C, est en contact avec un matériau conducteur de chaleur (comme l'eau), il va échanger de la chaleur avec ce matériau. La chaleur physique est proportionnelle à la différence de température, à la nature du matériau, et à sa masse. Une baisse de température est caractérisée par une perte de chaleur (le système fournit de la chaleur à l'extérieur), et une augmentation de température traduit un gain de chaleur (le système a reçu de la chaleur de la part de l'extérieur).
La chaleur est donc une énergie, et elle se transforme en d'autres énergies, et d'autres énergies peuvent se transformer en chaleur (ouf...). Comme l'a prouvé Lavoisier : « rien ne se perd rien ne se crée, tout se transforme. » Ce qui nous amène au premier principe de la thermodynamique :lors de toute transformation, il y a conservation de l'énergie. Ce matin, quand j'ai du freiner pour éviter d'écraser ma grand-mère, j'ai perdu de l'énergie cinétique (énergie que l'on accumule avec la vitesse, que l'on pourrait vulgariser par l'élan que l'on prend pour franchir un obstacle, pas l'animal), cette énergie a été transformée en chaleur, ce qui explique pourquoi mes freins étaient chauds, il y a eu augmentation de température au niveau de mes freins, et donc production de chaleur. De même quand je me frotte les mains, en réalité, je les empêche de bouger, je les « freine ».
Maintenant, qu'est-ce que la température ? La physique Statistique a réussi à lier la vitesse moyenne des molécules à la température : plus une molécule a une vitesse élevée, plus la température va augmenter. Mais vu que du point de vue microscopique, la vitesse de ces molécules ne fait que varier, on prend la vitesse moyenne, ce qui signifie que du point de vue macroscopique, nous ne pouvons que ressentir la vitesse moyenne des molécules. Ce qui explique aussi, pourquoi un solide qui a une structure rigide avec des atomes très immobiles, a plus de mal à chauffer qu'un liquide, car les atomes qui constituent le liquide ont plus de mobilité. Enfin, un gaz est très facile à chauffer car les atomes constituant le gaz ne sont liés à aucune restriction de mobilité.
Nous savons maintenant qu'est-ce que physiquement la Température T et la Chaleur Q.
Signé : Le Gitan