18  Transferts thermiques

C’est un chapitre d’introduction à l’une des principales branches de la physique appelée thermodynamique qui étudie notamment l’évolution de la température d’un corps ou d’un mélange.
C’est la branche de la physique qui a permis, par exemple, l’invention des moteurs à essence et d’appareils comme les radiateurs, réfrigérateurs ou climatiseurs.
On va y explorer pour commencer les concepts très intuitifs de chaleur et température dont la nature profonde est restée très longtemps mystérieuse, même pour les plus grands savants.
On y présentera ensuite des notions indispensables pour étudier l’évolution de la température d’un système : -
- U l’énergie interne
- Q transfert thermique ou chaleur
- W travail
- c capacité thermique massique
- L chaleur latente de changement d’état

Qu’est ce que la chaleur ?
Peut-on différencier température et chaleur ?
Comment ?
Et puis, qu’est ce que la température ?
Qu’est ce qui différencie véritablement un corps chaud d’un corps froid ?
Des énigmes sur lesquelles ont planché et calé les plus grands savants de tous les continents jusqu’au XVIIIème siècle et dont les derniers voiles de mystère, comme on va le voir, seront levés par un biologiste qui cherchait… l’origine de la vie !?

Un chevalier veut réchauffer l’eau du bain de sa belle en y trempant… son épée chauffée à blanc ! Est-ce une bonne idée ? Va-t-il réellement réussir à faire s’élever la température du bain de sa belle ou va-t-il mettre sa santé en danger ? Une expérience qui sera pour nous l’occasion de présenter les concepts de transfert thermique (Q), capacité thermique massique ( c ) et énergie interne (U). Et bien sûr, comme toujours, nous expliquerons tout de suite comment les utiliser en pratique !

On veut se préparer des pâtes. Pour cela on met une casserole d’eau sur le feu. On calcule sa température au bout de trois minutes et le temps nécessaire à son ébullition. L’occasion de résoudre un problème de thermodynamique en utilisant l’énergie interne, mais aussi de revoir une formule incontournable issue d’un autre chapitre : la formule reliant énergie et puissance. Un incontournable…

L’eau de votre bain commence à se refroidir. Vous y rajoutez un peu d’eau bien chaude. Quelle est la température du mélange ? Un autre grand classique. Tout aussi incontournable que l’exercice précédent. A noter qu’on le résout avec deux méthodes : - intuitivement, en raisonnant sur les quantités de chaleurs échangées. - en passant par l’énergie interne. Si tu as des difficultés à isoler une variable ou retourner des formules, je te conseille de regarder cette vidéo de méthode.