La Chaleur

1. La Chaleur Module 2

2. La température indique si un objet est chaud ou froid Chapitre 4

3. Décrire la température 4-1

4. La température • Le mesure relative du degré de chaleur d’un objet • l’énergie cinétique moyenne des particules d’une substance (Tableau p 117)

5. La température ambiante • La température à laquelle la plupart des gens se sentent confortables (~ 20-23°C)

6. 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

7. Les animaux et la température corporelle •  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)

8. Le refroidissement éolien •  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

9. Mesurer la température 4-2

10. Thermoscope • 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

11. 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

12. L’échelle Celsius • 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

13. L’échelle Fahrenheit •  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

14. L’échelle Kelvin •  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

15. Les bilames •  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)

16. Thermocouple •  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

17. Thermographes à infrarouge •  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

18. Les chercheurs se servent de la théorie particulaire de la matière pour mesurer la température de la Terre Chapitre 5

19. La théorie particulaire de la matière 5.1

20. La matière • 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

21. La théorie particulaire de la matière • Toute la matière est faite de minuscules particules • Ces particules sont en constant mouvement. Elles ont de l’énergie. • Il existe des espaces entre les particules. • Il y a des forces d’attraction entre les particules. • Les particules d’une substance diffèrent des particules des autres substances.

22. L’énergie cinétique • 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

23. La température et 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

24. La température et l’énergie cinétique (suite) • 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)

25. Les états de la matière 5-2

26. Les états de la matière sont : • 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)

28. La dilatation et la contraction de la matière • 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

29. Les changements de l’état 5-3

30. Les changements d’état • 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)

31. Les changements d’état

32. Les changements d’état et la théorie particulaire • 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’attractionet il y a un changement d’état • Qu’est-ce qui se passe quand on enlève la chaleur?

33. Trois processus peuvent transférer la chaleur d’un endroit à un autre Chapitre 6

34. Les processus de transfert de la chaleur 6-1

35. La transmission de la chaleur •  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

36. Conduction • 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

37. Pourquoi? • 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

39. Convection • 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.

40. 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

42. La Radiation • 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.

43. Comment cette image représente-elle la radiation?

44. Qu’est-ce qui arrive quand les ondes de radiation frappent des objets? 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.

45. 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.

46. Le chauffage des maisons • 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.

47. 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.

48. 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.

49. Les conducteurs et les isolants 6-2

50. Les conducteurs et les isolants • 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