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qu'est-ce que la chaleur



  1. #1
    maiiiva

    Question qu'est-ce que la chaleur


    ------

    Il me semble avoir regardé, et cette question ne semble pas avoir deja été posée sur ce forum.

    Cela va peut etre paraitre absurde, mais, en fait avec la chaleur qu'il fait en ce moment, je me demandais ce qu'était la chaleur. Je veux dire au niveau, moléculaire, atomique, tout ça....que se passe-t-il ? Pourquoi avons nous chaud ? Et que se passe-t-il quand on a chaud ?

    Je ne savais pas trop ou poster ce message mais ce thème semble toucher de prés les problèmes physique...

    -----

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  3. #2
    deep_turtle

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Il faut différencier la notion de chaleur en physique de la notion usuelle "il faut chaud".

    1/ Ce qu'on appelle chaleur en physique, en thermodynamique plus précisément, c'est un transfert d'énergie d'un type particulier entre deux systèmes. Un transfert sous une forme désordonnée. UN petit exemple valant mieux qu'un long discours, pour un gaz, s'il reçoit de la chaleur ça veut dire que ces molécules se mettent à être agitées un peu plus dans tous les sens.

    2/ quand on dit "il fait chaud", on veut plutôt dire, en général, que la température est élevée. La température correspond, pour un gaz, en gros à l'agitation microscopique de ses molécules.

    A ce stade, tu te dis "ben c'est pareil alors ?". Pas vraiment, car des fois des systèmes (plus compliqués que l'air qui nous entoure ou dans des conditions différentes) peuvent recevoir de la chaleur sans changer de température. Des fois donc, ces deux notions (chaleur et température) sont très différentes.

  4. #3
    Tofu

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Par exemple, un aquarium vide plongé dans une atmosphère de 20°C que l'on rempli d'eau à 20°C reçoit de la chaleur, non ?
    desole pour le manque de ponctuation

  5. #4
    Dindonneau

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Non car pour qu'il y ait un flux de chaleur (~ transfert d'énergie thermique ~ agitation microscopique) il faut qu'il y ait une différence de température.

    En plus on ne dit pas que l'aquarium reçoit de la chaleur mais reçoit de l'énergie thermique. La chaleur représente juste le transfert de l'énergie thermique entre les 2 systèmes.
    Dernière modification par Dindonneau ; 27/06/2005 à 14h03.
    Areuh!

  6. #5
    Tofu

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Pourtant la capacité calorifique de l'eau Ceau est superieure à celle de l'air Cair.
    desole pour le manque de ponctuation

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Dindonneau

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    En fait, tu utilises la capacité calorifique uniquement lorsqu'il y a une différence de température entre les 2 systèmes.

    Exemple : Ton aquarium est à 20°C (car l'air est à 20°C et tu supposes que l'air et l'aquarium sont en équilibre thermique) mais l'eau est à 25°C

    Tu vas avoir Qaq = Caq * Maq *( Teau - Taq ) ou Caq est la capacité calorifique massique de l'aquarium et Maq la masse de l'aquarium.

    Inversement l'énergie thermique absorbée par l'eau va s'écrire:
    Qeau = Ceau * Meau * ( Taq - Teau)

    Tu te rends compte au passage que Q est négatif pour l'eau dans l'exemple que j'ai pris

    C'est par ces équations là, qui te montrent que si Taq = Teau alors il n'y a pas d'échange d'énergie thermique, que tu utilises les capacités calorifiques. Tu te rends compte qu'en changeant les valeurs de Caq et Ceau, l'équilibre thermique peut se faire à des températures différentes dans l'exemple que j'ai pris.
    Supposons Maq = Meau pour simplifier.
    Alors si Ceau = 4 * Caq, l'équilibre thermique se fera à 24°C car l'eau peut "amortir" bien plus d'énergie thermique que l'aquarium sans trop changer de température.
    Autre exemple, si Caq = Ceau alors l'équilibre thermique se fera à 22,5°C.
    Dernière modification par Dindonneau ; 27/06/2005 à 14h54.
    Areuh!

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  10. #7
    Disciplus_simplex

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Citation Envoyé par Dindonneau
    Non car pour qu'il y ait un flux de chaleur (~ transfert d'énergie thermique ~ agitation microscopique) il faut qu'il y ait une différence de température.
    Qu'en est t-il des changements de phase ? Il peut y avoir transfert de chaleur et donc évaporation par exemple, sans avoir de différence de température, non ?

  11. #8
    roll

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    des systèmes (plus compliqués que l'air qui nous entoure ou dans des conditions différentes) peuvent recevoir de la chaleur sans changer de température.
    Tu peux citer un exemple stp?

  12. #9
    Tofu

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Merci pour les explicatiçons.
    Ca tombe bien car j'aurais dis sans douter que de 2 billes, l'une de plomb et l'autre bois toutes 2 à 100°C et de 2 cm de diamètre, c'est la bille de plomb la plus chaude.
    Car si l'on plonge ces 2 billes dans 2 verres d'eau de 100 ml à 0°C, l'équilibre thermique sera atteint pour des températures différentes. Elle sera plus haute pour la bille de plomb que pour la bille de bois.
    Mais apparemment ce n'est que lorsqu'il y a échange de chaleur qu'on parle de chaleur.
    Excusez-moi pour le style alambiqué.
    desole pour le manque de ponctuation

  13. #10
    juan54

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Citation Envoyé par Disciplus_simplex
    Qu'en est t-il des changements de phase ? Il peut y avoir transfert de chaleur et donc évaporation par exemple, sans avoir de différence de température, non ?
    Salut,
    Lorsque tu sort de la douche l'évaporation des gouttes sur ton corps, produit du froid (à l'inverse la condensation produit de la chaleur). Pour que l'évaporation soit efficace tu as besoin de chaleur et de vent (principe du thermomètre moullié). Cela n'empêche pas que ton linge s'évapore quand même à 5°C sans vent! Mais bien moins vite !
    DONC pour les changements d'état:
    - condensation produit de la chaleur
    - évaporation nécessite de la chaleur, produit par conséquent du froid

  14. #11
    salocin

    Question Re : qu'est-ce que la chaleur

    Citation Envoyé par Dindonneau
    Exemple : Ton aquarium est à 20°C (car l'air est à 20°C et tu supposes que l'air et l'aquarium sont en équilibre thermique) mais l'eau est à 25°C

    Tu vas avoir Qaq = Caq * Maq *( Teau - Taq ) ou Caq est la capacité calorifique massique de l'aquarium et Maq la masse de l'aquarium.
    Ton bilan énergetique m'a l'air douteux.
    En effet pour calculer la chaleur reçue par l'eau de l'aquarium il faut :
    • Faire un bilan sur une certaine durée : On cherche la variation de Q pendant une transformation.
    • Raisonner à partir de l'entropie pour en déduire la chaleur reçue (On est typiquement dans un problème de thermostat)

    Moi j'obtiendrais plutôt quelque chose du genre :
    • Dans un modèle incompressible et indilatable l'entropie reçue par l'eau de l'aquarium est : avec la capacité calorifique de l'eau, la température initiale et la température finale.
    • Les deux corps étant initialement en équilibre thermique on aura donc l'entropie reçue sera nulle.
    • Si on considère un cas réversible on a donc la chaleur reçue est nulle.

    Citation Envoyé par Dindonneau
    Non car pour qu'il y ait un flux de chaleur (~ transfert d'énergie thermique ~ agitation microscopique) il faut qu'il y ait une différence de température.
    Cette affirmation me parait aussi abusive comme le montre l'exemple suivant :
    • Dans une compression isotherme réversible d'un gaz parfait l'énergie interne du gaz ne varie pas (pour un gaz parfait on a U fonction de T et uniquement de T : Détente de Joule - Gay Lussac).
    • Or durant la compression le gaz reçoit un travail W>0
    • Donc il reçoit une chaleur Q<0
    Il y a donc bien eu dans ce cas un échange de chaleur sans variation de température.

    Cepedant je suis d'accord que pour le cas de l'aquarium il n'y a pas d'échange de chaleur.

  15. #12
    urga

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    S'il te plait Deep Turtle, peux-tu nous donner un exemple de transfert d'énergie ordonnée et bien préciser en quoi est-ce si différent d'un transfert d'énergie désordonné. Et peut-être aussi définir le travail ...

    Que dire de:
    L'énergie c'est du mouvement réel ou potentiel.

    Les tranferts se font soit par travail soit par chaleur.

    L'énergie est sous forme mécanique, électromagnétique et chimique dans le sens le plus large (incluant force failble et force forte).

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  17. #13
    salocin

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Si tu prends un piston, et que tu comprimes l'air qu'il y a dedans tu fournis de l'énergie au gaz. Ce transfert d'énergie est ordonné parce que tu augmentes par la même occasion ta connaissance du gaz : le volume occupé par le gaz étant plus faible tu "connais mieux" la place de chaque molécule. On avait donc un transfert de chaleur.

    En revanche si tu chauffes l'air contenu dans le piston les molécules vont plus vite, dans tous les sens et donc tu perds de l'information. Dans ce cas le transfert d'énergie était désordonné et c'était donc un transfert de chaleur.

    La définition du travail est une énergie que l'on reçoit de façon ordonnée et, en tout cas en thermodynamique de MPSI et de MP*, on ne voit comme seul exemple que l'énergie fournie par des forces de pression (comme dans l'exemple ci-dessus).

    La définition de la chaleur se fait à partir de là comme étant toute énergie reçue sous une forme autre qu'un travail et l'exemple le plus classique est l'énergie reçue en chauffant.

  18. #14
    deep_turtle

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Dans cet exemple du piston, c'est ordonné surtout parce quand on pousse le piston, toutes les molécules du piston avancent dans la même direction ! Dans le cas d'un échange de chaleur ce n'est pas le cas du tout !

  19. #15
    salocin

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Oui mais pour chaque molécule c'est identique. Une molécule continue à aller dans toutes les directions et le fait de pousser sur le piston ne va pas lui faire privilégier une direction de déplacement

  20. #16
    urga

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Ok même si vous vous contredisez un peu sur le caractère désordonné du tranfert d'énergie lors d'une compression, j'en retire que

    le travail c'est du transfert d'énergie ordonné
    la chaleur c'est du transfert d'énergie désordonné

    Partant de là que peut-on dire de l'entropie, mesure par excellence du désordre: est-elle liée plus à une forme de transfert qu'à une autre?

  21. #17
    salocin

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Il n'y a pas de contradiction réelle de nos points de vue mais seulement au niveau microscopique je signalais qu'il n'y avait pas de différence pour une molécule donnée.

    L'entropie est définie dans le second principe et c'est ici que se fait la vraie distinction entre chaleur et travail.
    L'entropie est une grandeur qui peut être :
    • créée dans une transformation irréversible
    • échangée lors d'un transfert de chaleur

    C'est ça la distinction fondamentale entre la chaleur et le travail.

    La chaleur augmente l'énergie mais aussi le désordre alors que le travail augmente l'énergie du système sans en augmenter le désordre.

    Donc pour revenir sur mon piston que l'on comprime, on ne diminue pas le désordre en comprimant le gaz car la vitesse augmente et le volume diminue donc l'information moyenne est conservée.

  22. #18
    Chip

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Citation Envoyé par Dindonneau
    Non car pour qu'il y ait un flux de chaleur (~ transfert d'énergie thermique ~ agitation microscopique) il faut qu'il y ait une différence de température.
    Citation Envoyé par salocin
    Cette affirmation me parait aussi abusive comme le montre l'exemple suivant :
    • Dans une compression isotherme réversible d'un gaz parfait l'énergie interne du gaz ne varie pas (pour un gaz parfait on a U fonction de T et uniquement de T : Détente de Joule - Gay Lussac).
    • Or durant la compression le gaz reçoit un travail W>0
    • Donc il reçoit une chaleur Q<0
    Il y a donc bien eu dans ce cas un échange de chaleur sans variation de température.
    Une compression isotherme réversible est une idéalisation qui nécessite un temps infini. Dans une transformation en temps fini il y a un écart de température, d'où l'échange de chaleur. On peut faire tendre cet écart de température vers zéro en faisant tendre la durée de la transformation vers l'infini.

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  24. #19
    mariposa

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Citation Envoyé par salocin

    L'entropie est définie dans le second principe et c'est ici que se fait la vraie distinction entre chaleur et travail.
    L'entropie est une grandeur qui peut être :
    • créée dans une transformation irréversible
    • échangée lors d'un transfert de chaleur
    D'accord avec quelques précisions:

    1- l'entropie crée est toujours positive.
    2- l'entropie échangée se fait également par transfert de matière. elle peut aussi bien avoir un signe positif ou négatif.

  25. #20
    zgorg2004

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    moi je suis d'accord avec le dernier commentaire car quand je gonfle mon vélo à toute allure la pompe chauffe vite. En revanche je comprends mieux maintenant la différence entre un cerveau qui chauffe et un qui travaille. Tout est dans l'organisation

  26. #21
    arrial

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Citation Envoyé par Disciplus_simplex Voir le message
    Qu'en est t-il des changements de phase ? Il peut y avoir transfert de chaleur et donc évaporation par exemple, sans avoir de différence de température, non ?

    Oui et non, mais oui quand même …

    On apprend un peu vite aux élèves que l'eau s'évapore sous une atmosphère, à une température de 100 °C.
    C'est faux.
    Ça, c'est l'ébullition.
    Avec une absorption d'une quantité de chaleur de 2 500 000 J/kg.


    En fait, pour faire sécher le linge, on ne l'échauffe pas à 100°C : on se contente de l'étaler en un lieu ventilé. Sa chaleur latente d'évaporation est alors celle sous une atmosphère, 2 500 000 J/kg.
    C'est pourquoi que bien qu'exposée au soleil, une bouteille en terre cuite poreuse refroidit l'eau qu'elle contient au lieu de l'échauffer …

    Cela dit, si la chaleur apportée par le soleil est exactement égale en module au refroidissement du à l'évaporation, il semble bien que tu aies raison …


    @+
    « le pire n'est jamais acquis … la dérision est une culture »

  27. #22
    arrial

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Salut,


    La chaleur est une forme d'énergie.

    Dans l'état actuel des formalismes, j'espère ne pas trop me tromper en disant que les formes d'énergie sont
    ♦ l'énergie cinétique,
    ♦ l'[les] énergie potentielle[s],
    ♦ la chaleur.

    En physique statistique, la chaleur se traduit en effet par des mouvements ou des vibrations de la matière.
    Mais si le mouvement est jugulé, en partie ou totalement, cela se traduit en pression, donc éventuellement en énergie potentielle …


    Mine de rien, très jolie question, de fait.
    J'attends les développements.


    @+
    « le pire n'est jamais acquis … la dérision est une culture »

  28. #23
    arrial

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Citation Envoyé par zgorg2004 Voir le message
    quand je gonfle mon vélo
    … t'obtiens un zeppelin …
    « le pire n'est jamais acquis … la dérision est une culture »

  29. #24
    amex23400

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Bonjour a tous. Quand on parle de chaleur ou de température tout de suite on prends l'exemple des gaz. Très bien!
    Mais moi j'ai un autre exemple a proposer, le voici:
    Vous creusez tout au fond d'une montagne de granit et vous allez chercher au milieu là ou la roche est la plus dense un morceau de pierre de 20 cm de long sur 10 de côté. Vous le coupez en deux, mettez les deux morceaux dans deux boites séparées et fermées hermétiquement et vous ramenez le tout chez vous dans un labo super clean. Ensuite vous mettez une des deux boites dans un four chauffé à 60°C et vous l'y laissez pendant une heure.
    Ma question est la suivante: quand vous récupérez les deux pierres, l'une est chaude, l'autre est restée à température ambiante (d'accord?)
    Qu'est ce qui fait leur différence et que c'est il passé au niveau moléculaire qui fait qu'elles sont devenue l'une chaude et l'autre pas?
    J'aimerai une réponse de préférence claire et sans trop de formules mathématiques si c'est possible. Pour info je suis électronicien, j'ai 54 ans et je me pose cette question depuis déjà un certain nombre d'années sans qu'on puisse me donner une réponse claire.
    D'avance merci a tous

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  31. #25
    verdifre

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Bonjour,
    je dirais que les atomes du morceau de pierre chauffée s'agitent plus que les atomes du morceau à temperature ambiante. En electronique tu as des phénomenes qui traduisent cela, c'est le bruit thermique des composants
    tu as une autre manifestation de cette agitation, c'est la dilatation. Ta pierre chaude, si tu la mesures, devrait avoir des dimentions un tout petit peu plus grandes que la pierre restée à temperature ambiante
    Une mesure que tu peux faire facilement si tu es electronicien, c'est celle du bruit thermique. Ul te devrait être facile de constater qu'il augmente avec la temperature. Aprés il faut accepter de relier cette mesure à l'agitation des atomes.
    fred
    On ne vient pas de nulle part et il serait souhaitable qu'on n'aille pas n'importe où !

  32. #26
    garideau

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Bonsoir,

    A chaque fois que cette question de savoir qu'elle cause produit la chaleur, toujours les réponses focalisent sur l'idée d'agitation moléculaire.

    Ok, donc je note : Chaleur = agitation moléculaire. On est bien avancé.

    La vraie question à poser serait plutôt : Qu'elle est l'origine au niveau moléculaire de cette agitation et pourquoi elle perdure quand la cause disparaît. Exemple, je chauffe un bout de fer au chalumeau. On dit alors que les molécules du fer s'agitent. Le fer "est chaud". Puis je ferme le chalumeau, le fer est toujours chaud. la cause, la flamme du chalumeau, disparaît mais l'effet perdure parfois très longtemps. Qu'est-ce qui continue à agiter les molécules de ce fer pour que l'effet température demeure ?

    Mon idée serait que toute source de chaleur est un rayonnement électromagnétique. Si les molécules s'agitent, ce n'est que l'effet de la cause, nommée chaleur. La cause "chaleur" me semble plutôt le rayonnement EM, qui agitent les molécules.

    Quand le morceau de fer est chauffé, il absorbe le rayonnement EM de la source, d'abord en surface, puis ce rayonnement se propage en profondeur. Quand la source (flamme) disparaît, le rayonnement EM absorbé "voyage" par rebonds désordonnés dans le réseau moléculaire de la matière qui l'a absorbé, pour atteindre graduellement la surface, d'où il s'échappe. La quantité de rayonnement de cette énergie EM qui était entrée dans le métal s'appauvrit jusqu'à atteindre le même taux que celui de l'air qui l'environne. C'est l'équilibre.

    C'est le processus décrit pour justifier le cheminement de la lumière solaire (rayonnement EM) jusqu'à la surface. Elle est créée dans le coeur solaire et sort finalement du soleil plusieurs centaines d'années plus tard. On ne parle pas alors d'agitation thermique, mais de rebonds continuels sur les molécules internes du soleil (ce qui doit les agiter. Il s'agit alors d'un effet du rayonnement EM et non la cause), pour finalement sortir et nous éclairer, chauffer... Pourquoi la chaleur (rayonnement EM) communiquée à (et restituée par) un bout de fer exigerait un autre mécanisme que celui décrit pour le soleil ?

    BG.

  33. #27
    amex23400

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Merci beaucoup pour les réponses. Ceci dit comment provoquer un rayonement EM sans flamme. Au coeur du soleil il n'y a pas de feu que je sache. Mais sans provoquer non plus d'explosion atomique.(Oups, dans le salon ce serait peut être dangereux) Ce que je veut dire n'y aurait il pas un moyen de faire accélérer les electrons sans mettre le feu au quartier ni sans moteur à explosion. Si ça se trouve c'est tout simple! Je suis trés sérieux quand je me demande ça. D'avance merçi à vous tous.

  34. #28
    doul11

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Bonsoir,

    Citation Envoyé par amex23400 Voir le message
    Merci beaucoup pour les réponses. Ceci dit comment provoquer un rayonement EM sans flamme.
    Avec une Diode électroluminescente ou encore une antenne radio
    La logique est une méthode systématique d’arriver en confiance à la mauvaise conclusion.

  35. #29
    Keez

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Bonjour!
    Je me demandais en lisant ce sujet depuis le début: ce que vous dites n'est t-il pas en opposition avec ce qu'a dit Einstein? ( selon lui, les molécules tireraient leur énergie cinétique de la chaleur). j'aimerais bien qu'on m'éclaire sur ce sujet si possible.
    merci bien^^

  36. #30
    triall

    Re : qu'est-ce que la chaleur

    Bonsoir à tous, je profite de cette question pour que l'on me précise, pour un gaz par exemple, la différence entre la vitesse moyenne des molécules, qui correspond , selon moi, à la pression, et la "vibration" d'une molécule de part et d'autre d'un point d'équilibre, avec les forces moléculaires.(comme un ressort qui vibre )

    Selon ce que j'ai compris, la chaleur serait plutôt cette vibration, et la pression correspondant à la quantité de mouvement cédée par le choc des molécules. J'ai cru comprendre que ces molécules vont rebondir d'autant plus vite , et céder d'autant plus de quantité de mouvement (pression) qu'elles ont une importante vibration interne, mais je n'en suis pas sûr !
    1max2mov

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