Conduction thermique
La conduction thermique (ou conduction de la chaleur) est le mouvement de la chaleur d'un objet à un autre qui a une température différente lorsqu'ils se touchent. Par exemple, on peut se réchauffer les mains en touchant des bouillottes. Lorsque les mains froides touchent la bouillotte, la chaleur circule de l'objet le plus chaud (bouillotte) vers l'objet le plus froid (main). Les gens fabriquent des objets ayant une conductivité thermique différente, par exemple des ustensiles de cuisine pour chauffer des objets ou des récipients isolés pour garder les objets chauds chauds au chaud ou les objets froids au froid.
Les autres moyens de transfert de chaleur sont le rayonnement thermique et/ou la convection. Habituellement, plusieurs de ces processus se produisent en même temps.
En touchant une bouillotte, on obtient de la chaleur par conduction.
Explication microscopique
Dans la théorie atomique, les solides, les liquides et les gaz sont constitués de minuscules particules appelées "atomes". La température de la matière mesure la vitesse à laquelle les atomes se déplacent et la chaleur mesure la quantité totale d'énergie due à la vibration des atomes.
La conduction peut se produire lorsqu'une partie d'un matériau est chauffée. Les atomes de cette partie vibrent plus rapidement et sont plus susceptibles de frapper leurs voisins. Les collisions font que ces atomes se déplacent également plus rapidement, leur transmettant l'énergie thermique. De cette façon, l'énergie traverse le solide. (Un peu comme l'énergie passe le long d'un ensemble de dominos qui tombent).
L'image atomique permet également d'expliquer pourquoi la conduction est plus importante dans les solides : dans les solides, les atomes sont proches les uns des autres et ne peuvent pas se déplacer. Dans les liquides et les gaz, les particules peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres, les collisions sont donc moins fréquentes.
Loi de la conduction thermique
La loi de la conduction thermique, également appelée loi de Fourier, signifie que la vitesse, dans le temps, du transfert de chaleur à travers un matériau est proportionnelle au gradient négatif de la température et à la zone à angle droit, à ce gradient, à travers laquelle la chaleur circule :
∂ Q ∂ t = - k ∮ S ∇ T ⋅ d S {\displaystyle {\frac {\partial Q}{\partial t}}=-k\oint _{S}{\nabla T\cdot \,dS}}
où :
Q est la quantité de chaleur transférée, et
t est le temps pris, et
k est la "conductivité thermique du matériau" et
S est la zone à travers laquelle la chaleur circule, et
T est la température.
La conductivité thermique varie généralement en fonction de la température, mais la variation peut être faible, sur une plage de températures importante, pour certains matériaux courants.
Flux de chaleur linéaire
Pages connexes
- Transfert de chaleur
- Convection
- Rayonnement thermique
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que la conduction thermique ?
R : La conduction thermique est le transfert de chaleur entre deux objets de températures différentes lorsqu'ils entrent en contact l'un avec l'autre.
Q : La conduction thermique peut-elle se produire entre des objets de même température ?
R : Non, la conduction thermique ne se produit qu'entre des objets de températures différentes.
Q : Quel est un exemple de conduction thermique ?
R : Un exemple de conduction de la chaleur est le fait de réchauffer ses mains en touchant une bouillotte. Lorsque les mains froides entrent en contact avec la bouteille d'eau chaude, la chaleur circule de l'objet chaud vers l'objet froid.
Q : Quels sont les matériaux dont la conductivité thermique varie ?
R : Les ustensiles de cuisine peuvent être fabriqués dans des matériaux à conductivité thermique différente, de même que les récipients isolés pour les produits chauds ou froids.
Q : Existe-t-il d'autres moyens que la conduction pour transférer la chaleur ?
R : Oui, la chaleur peut également être transférée par rayonnement et par convection.
Q : Tous les processus de transfert de chaleur se déroulent-ils séparément ?
R : Non, en général, plusieurs de ces processus de transfert de chaleur (conduction, rayonnement et convection) se produisent en même temps.
Q : Le transfert de chaleur peut-il se produire dans le vide ?
R : Oui, le transfert de chaleur par rayonnement peut se produire dans le vide. C'est ainsi que la chaleur du Soleil atteint la Terre.
