Thermodynamique — Température et échanges thermiques
1. Température et énergie thermique
La température (T, en °C ou K) mesure l’agitation des particules. Plus T est élevée, plus les particules bougent vite. L’énergie thermique (Q, en J) dépend de la masse (m), de la capacité thermique massique (c) et de la variation de température (ΔT) :
Q = m × c × ΔT
Exemple : Pour chauffer 2 kg d’eau (c = 4185 J/kg·K) de 20°C à 80°C : Q = 2 × 4185 × (80-20) = 502 200 J.
2. Équilibre thermique
Deux corps en contact échangent de l’énergie jusqu’à atteindre la même température (équilibre thermique). La chaleur perdue par un corps est gagnée par l’autre :
Q_perdue = Q_gagnée
Exemple : Mélanger 100 g d’eau à 80°C et 200 g à 20°C. À l’équilibre, T ≈ 40°C.
3. Changements d’état
Un corps peut changer d’état (solide → liquide → gaz) en absorbant ou libérant de l’énergie (chaleur latente L, en J/kg) :
Q = m × L
Exemple : Pour faire fondre 500 g de glace (L_fusion = 334 000 J/kg) : Q = 500 × 334 000 = 167 000 000 J.
4. Transferts thermiques
- Conduction : transmission de chaleur dans un solide (ex : métal chaud).
- Convection : mouvement de fluides (ex : air chaud qui monte).
- Rayonnement : transfert par ondes électromagnétiques (ex : soleil).
5. Applications quotidiennes
- Isolation : limiter les transferts thermiques (laine de verre, double vitrage).
- Rafraîchissement : climatisation, ventilation.
- Cuisson : choix des matériaux (casserole en cuivre pour une bonne conduction).