Quel type de transfert de chaleur se produit dans les liquides et les gaz?

Le transfert de chaleur est un principe important en ingénierie et en physique.

Le transfert de chaleur se fait par trois mécanismes principaux: la conduction, où les molécules qui vibrent rigoureusement transfèrent leur énergie à d'autres molécules de moindre énergie; la convection, dans laquelle le mouvement massif d'un fluide provoque des courants et des remous qui favorisent le mélange et la distribution de l'énergie thermique; et le rayonnement, où un corps chaud émet de l'énergie qui peut agir sur un autre système via des ondes électromagnétiques. La convection et la conduction sont les deux principales méthodes de transfert de chaleur dans les liquides et les gaz.

Conduction générale

La conduction se produit généralement dans les solides. Les plaques de cuisson électriques utilisent un transfert de chaleur par conduction pour amener une casserole d'eau à ébullition: l'énergie thermique est transférée du brûleur chaud au pot froid, ce qui augmente la température de l'eau. La conduction se produit à cause de la vibration des molécules. Dans une substance solide, les atomes, disposés très étroitement dans des structures de type treillis, ont très peu de liberté de se déplacer dans l'espace. Lorsque le brûleur se réchauffe, les atomes du métal commencent à vibrer de plus en plus vite à mesure que leur énergie augmente. Lorsque vous placez le pot d'eau frais sur le brûleur, vous créez un gradient de température - un endroit où la chaleur peut couler. Puisque l'énergie passe des choses chaudes aux choses plus froides, les atomes vibrants du brûleur transfèrent une partie de leur chaleur aux atomes qui composent le métal de votre pot d'eau. Cela fait vibrer les atomes du pot, transférant leur énergie à l'eau.

Conduction dans les gaz et les liquides

La conduction est plus fréquente dans les solides, mais en principe elle peut - et se produit - se produire dans les liquides et les gaz, mais pas très bien. Parce que les molécules de fluides ont une plus grande liberté de mouvement que dans les solides, il y a moins de chance que les molécules vibrantes entrent en collision avec une autre et transfèrent l'énergie à travers le fluide. En fait, l'air est un si mauvais conducteur qu'il sert à isoler les maisons. Certaines fenêtres éconergétiques ont des «espaces d'air» entre eux qui créent une poche d'air entre l'intérieur de la maison et l'air froid extérieur. Parce que l'air ne conduit pas très bien la chaleur, plus de chaleur reste à l'intérieur de la maison car l'air rend difficile le passage de cette énergie thermique à l'extérieur.

Convection

La convection est de loin la façon la plus efficace et la plus courante de transférer la chaleur par les liquides et les gaz. Il se produit lorsque certaines régions d'un fluide deviennent plus chaudes que d'autres, provoquant des courants dans le fluide qui le déplace pour répartir cette chaleur plus uniformément. Pensez à une maison en hiver. Vous avez peut-être remarqué que le grenier est toujours très chaud alors que le sous-sol est généralement frais. Cela arrive parce que lorsque l'air s'échauffe, il devient léger, ce qui le fait remonter vers le plafond. L'air froid est beaucoup plus lourd et tombe sur le sol. Lorsque l'air chaud se déplace vers le plafond et que l'air froid tombe, ces deux types d'air entrent en collision et se mélangent, amenant la chaleur du bras chaud à se transférer vers l'air plus frais et distribuant ainsi la chaleur dans toute la pièce.

Radiation

La radiation se produit lorsqu'un corps devient suffisamment chaud pour émettre de l'énergie électromagnétique. Le soleil est un exemple classique de transfert de chaleur par rayonnement: il est très loin dans l'espace, mais il fait assez chaud pour que vous sentiez sa chaleur. Vous ressentez cette chaleur à cause du rayonnement, et même par une journée fraîche, le soleil est chaud. L'énergie électromagnétique peut voyager à travers l'espace vide et peut faire chauffer un objet cible de loin. Le transfert de chaleur par rayonnement ne se produit généralement pas dans les liquides et les gaz.

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