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La Chaleur. Module 2. La température indique si un objet est chaud ou froid. Chapitre 4. Décrire la température. 4-1. La température. Le mesure relative du degré de chaleur d’un objet l’énergie cinétique moyenne des particules d’une substance (Tableau p 117). La température ambiante. - PowerPoint PPT Presentation
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La ChaleurModule 2
La température indique si un objet est chaud ou froid
Chapitre 4
Décrire la température
4-1
Le mesure relative du degré de chaleur d’un objet
l’énergie cinétique moyenne des particules d’une substance (Tableau p 117)
La température
La température à laquelle la plupart des gens se sentent confortables (~ 20-23°C)
La température ambiante
température corporelle – indicateur important de l’état de santé; la température normale est de 37°C; si la température est plus que 40°C la chaleur peut abîmer les organes (particulièrement le cerveau)
hypothermie - baisse de la température corporelle sous 37°C - le pouls commence à ralentir et les organes cessent de fonctionner normalement; sous 32°C il sera difficile de survivre
la morue polaire - vit dans des eaux si froides que le corps qu’un autre poisson y gèlerait
les oiseaux et les mammifères gardent leur température corporelle stable
la température corporelle d’autres organismes est influencé par l’environnent (ils n’ont pas une température corporelle stable)
Les animaux et la température corporelle
la combinaison de la température extérieure et du vent
lorsqu’il vente, la couche d’air réchauffée par la peau est poussée et remplacée par l’air plus froid
si le vent est fort, la peau ne peut pas réchauffer l’air
Le refroidissement éolien
Mesurer la température
4-2
inventé par Galilée en 1596 inventé avant le thermomètre mesure si l’air a froid ou chaud, mais il ne
mesure la température car il n’était pas gradué composé d’un réservoir d’où sort un long tube
étroit; ce tube est plongé (à l’autre extrémité) dans un contenant rempli d’un liquide coloré
quand l’air dans le réservoir refroidit, il se contracte et le liquide monte dans le tube
quand l’air dans le réservoir se réchauffe, il se dilate et le liquide redescende dans le tube
Thermoscope
dilatation thermique - quand le volume d’une substance devient plus grand avec la chaleur
contraction thermique - quand le volume d’une substance devient plus petit avec le froid
développée par Anders Celsius l’échelle la plus commune le point d’ébullition de l’eau est 100°C, le
point de congélation est 0°C
L’échelle Celsius
développée par Gabriel Fahrenheit sur cette échelle le point d’ébullition de
l’eau est 212°F, le point de congélation est 32°F
la température corporelle est 98,6°F les pays qui utilisent cette échelle sont: les
États-Unis, la Birmanie, le Yémen du Sud et les îles Tonga
L’échelle Fahrenheit
développée par Lord Kelvin utilisée dans les expériences scientifiques le zéro absolu - une température si froide
que les molécules essentiellement arrêtent tout mouvement (0 K = -273°C)
le point de congélation de l’eau est 273 K, le point d’ébullition est 373 K
Figure 4.10, p 124
L’échelle Kelvin
formé de deux métaux différents (ex. le fer et le laiton)
un métal se dilate plus que l’autre avec la chaleur
quand le bilame est chauffé, il se courbe le métal qui se dilate plus est sur l’extérieur de
la courbe quand le bilame est refroidi, il se courbe dans
l’autre direction les bilames sont utilisés pour faire des
thermomètres de four et des thermostats (Figure 4.13, p 126)
Les bilames
formé de deux métaux différents qui se touchent à une jonction
quand la jonction est chauffée, il y a un peu d’électricité qui se déplace le long des tiges et qui indique la température
Thermocouple
des cameras spéciales qui détectent la lumière infrarouge produite par les objets chauds
la camera produit une image avec les différentes couleurs pour chaque température
Thermographes à infrarouge
Les chercheurs se servent de la théorie
particulaire de la matière pour mesurer la
température de la TerreChapitre 5
La théorie particulaire de la
matière5.1
Toute ce qui a une masse et une volume La matière est entièrement composée des
particules La lumière n’est pas de la matière mais une
forme d’énergie que tes yeux détectent
La matière
1. Toute la matière est faite de minuscules particules
2. Ces particules sont en constant mouvement. Elles ont de l’énergie.
3. Il existe des espaces entre les particules.4. Il y a des forces d’attraction entre les
particules. 5. Les particules d’une substance diffèrent
des particules des autres substances.
La théorie particulaire de la matière
L’énergie produit par le mouvement des particules
Plus un objet augmente de vitesse, plus son énergie cinétique augmente et le rend plus difficile à arrêter
Quand deux objets se déplacent à la même vitesse, l’objet qui a la plus grande masse aura aussi plus d’énergie cinétique
L’énergie cinétique
La température est la mesure de l’énergie cinétique moyenne des particules d’une substance
Quand les particules d’une substance sont de la même grosseur:- celles qui bougent vite ont plus d’énergie cinétique que celles qui bougent
lentement- quand l’énergie cinétique moyenne des particules d’une substance est élevée, la température de la substance est élevée
La température et l’énergie cinétique
L’unité de mesure pour l’énergie cinétique est le joule (J)
Quand les particules n’ont aucune énergie cinétique, la température est au plus froid que possible – le zéro absolu
Extrapolation – prolonger une ligne dans un graphique plus loin que les valeurs affichées (p 142)
La température et l’énergie cinétique (suite)
Les états de la matière
5-2
Solide Liquide Gaz Plasma (un gaz très chaud qui a une
charge électrique) Condensat de Bose-Einstein (se forme
quand la matière devient très froide et les particules s’affaissent (collapse) et se collent (combine) ensemble)
Les états de la matière sont :
Solide Liquide GazForme Défini Indéfini Indéfini
Volume Défini Défini Indéfini
Particules •Très rapprochées•Fortement attirées par leurs voisins•Vibrent mais ne séparent pas de leurs voisins
•Très proches•Attirées par leurs voisines•Se glissent sur leurs voisines et peuvent se déplacer
•Pas proches•Un faible attraction parmi les particules•Entrent en collision et rebondissent
Exemple Les enfants qui se tiennent par la main
Une danse carrée
Les enfants jouent au chat (tag)
Si il y a un changement de température, la matière pourrait se dilater ou se contracter
Dilation thermique – le volume d’un objet augmente quand la température augmente
Contraction thermique – le volume d’un objet diminue quand la température baisse
Exemple: les rails d’un chemin de fer p 150 Presque toute matière se contracte quand
refroidi mais l’eau se dilate quand elle se congèle et devient la glace
La dilatation et la contraction de la matière
Les changements de l’état
5-3
Fusion (Solide à Liquide) Solidification (Liquide à Solide) Sublimation (Solide à Gaz) Condensation Solide (Gaz à Solide) Liquéfaction (Gaz à Liquide) Vaporisation (Liquide à Gaz)
Les changements d’état
Les changements d’état
Quand on ajoute la chaleur (l’énergie) à une substance, l’énergie cinétique des particules augmente aussi
Quand l’énergie cinétique est assez forte pour briser la force d’attraction et il y a un changement d’état
Qu’est-ce qui se passe quand on enlève la chaleur?
Les changements d’état et la théorie particulaire
Trois processus peuvent transférer la chaleur d’un
endroit à un autreChapitre 6
Les processus de transfert de la
chaleur6-1
La chaleur peut être transmise par:◦conduction - transmission d’énergie dans une
substance produite par la collision directe de ses particules
◦convection - transmission de la chaleur par la circulation des particules
◦ radiation - transmission d’énergie sous forme d’ondes
La transmission de la chaleur
transmission d’énergie dans une substance produite par la collision directe de ses particules
se passe seulement dans les solides la chaleur se déplace différemment (taux
différents) dans les substances différentes les métaux sont des bons conducteurs; les
non-métaux (ex. le bois) sont des mauvais conducteurs
Conduction
Les particules dans un solide sont fixées en position
Les particules les plus proches à la source de chaleur commenceront à vibrer et bouger plus rapidement (plus d’énergie)
Elles feront les collisions avec leurs voisines et vibreront plus rapidement
La chaleur sera transmise par le matériel Figure 6.3 p 176
Pourquoi?
la transmission de chaleur qui inclut la circulation des particules
se passe chez les gaz et les liquides Les particules les plus proches à la source
de chaleur augmenteront en énergie. Elles deviennent moins denses et montent.
Les particules seront remplacées par des particules plus froides.
Convection
Pendant que les particules montent et bougent de la source de la chaleur, elles perdront de l’énergie et bougent plus lentement.
Elles deviendront plus denses et descendront.
Les particules circulent dans un parcours qui s’appelle un courant de convection.
Figure 6.4 p 177
la transmission d’énergie à travers l’espace sous forme d’ondes, sans nécessiter de molécules
L’énergie qui est transmise par radiation est aussi appelée l’énergie de rayonnement
Il y a plusieurs types d’ondes électromagnétiques.
La Radiation
Comment cette image représente-elle la radiation?
Trois choses peuvent se produire, selon l’objet.
Réflexion. Si l’objet a une surface pâle ou brillante, les ondes rebondissent et repartent dans l’autre direction, emportant leur énergie avec elles. Donc, les ondes réfléchies ne chauffent pas l’objet.
Qu’est-ce qui arrive quand les ondes de radiation frappent des objets?
Transmission. Si l’objet est transparent, les ondes passent tout droit à travers et continuent leur chemin, emportant leur énergie avec elles. Donc, les ondes transmises ne chauffent pas l’objet non plus.
Absorption. Les ondes peuvent être absorbées par les objets, surtout s’ils ont une surface foncée ou terne (dull). L’énergie des ondes absorbées est donnée aux particules de l’objet et l’objet se réchauffe. Exemple - un vêtement noir au soleil absorbe la lumière et devient chaud.
Poêle à bois – La chaleur radiante du feu touche les objets en ligne directe avec le feu. Le courant de convection diffuse la chaleur dans la pièce. Les poêles étaient souvent noirs pour qu’ils étaient des radiateurs efficaces.
Appareil de chauffage – En utilisant des conduits (ducts) qui se rendaient dans toutes les pièces, l’air est propulsé dans l’appareil, chauffé et puis soufflé par des ventilateurs dans des conduits toutes autour de la maison. Aussi appelé le chauffage à air chaud pulsé.
Le chauffage des maisons
Chauffage à eau chaude – Un système de conduites transporte l’eau au générateur ou elle est chauffée, puis renvoyée dans les conduits.
Panneau solaire – Un ventilateur prend l’air froid de l’extérieur et le propulse dans 15 colonnes cylindriques. L’air qui circule dans ces colonnes est chauffé par la radiation solaire et diffusé dans le bâtiment.
Thermopompe air-air – Un fluide est contenu dans un système de conduits. En été, le fluide absorbe la chaleur et l’évacue à l’extérieur. En hiver, la thermopompe prend la chaleur de l’extérieur et la propage dans le bâtiment.
Thermopompe géothermique – A quelques mètres sous la surface terrestre, la température est toujours stable. Une série de tuyaux est mise dans le sol près de la maison. En été, l’air est évacué du bâtiment vers le sol. En hiver, la chaleur du sol est propagée dans le bâtiment.
Les conducteurs et les isolants
6-2
Bons conducteurs- cuivre - l’aluminium- les radiateurs sont faits de matériaux qui sont des bons conducteurs, comme les métaux
Mauvais conducteurs- le plastique- les vides (i.e. un thermos)- les isolants
Les conducteurs et les isolants
isolant thermique un matériel qui est un faible conducteur de
chaleur
isolation matériaux qui empêchent la chaleur d’être
perdue garder la chaleur à l’intérieur pendant
l’hiver garder la chaleur à l’extérieur pendant l’été
valeur R un nombre qui signifie un matériel sur
l’efficacité de ce matériel d’empêcher la perte de chaleur
différents matériaux ont des différentes valeurs R
R signifie “résistance au transfert de chaleur”
Tableau 6.1 p 198
La température et la chaleur
6-3
La chaleur est liée à l’énergie cinétique totale de toutes les particules d’une substance.
La température est liée à l’énergie cinétique moyenne des particules d’une substance.
Figure 6.26 p 208
La quantité de chaleur nécessaire pour faire augmenter la température d’un gramme d’une substance d’un degré Celsius
La chaleur massique de l’eau est 4,18 J/g℃ La chaleur massique de l’alcool est 2,43 J/g
℃ La température augmentera-t-elle plus
rapidement pour quelle substance?
La chaleur massique
