Température et chaleur.

[LoarwennBZH]

Bonsoir tout le monde. En ces premiers jours d'hiver particulièrement doux, quelques interrogations sur la chaleur et/ou la température me sont venues. Et j'en suis arrivé à me demander ce qu'il se passe concrètement, au niveau des molécules voire des atomes, quand deux corps de température différente entrent en contact...

Bon, j'ai lu/entendu que la température résulte du mouvement/de l'énergie (cinétique ? il me semble mais je ne suis plus très sûr) des particules. Mais imaginons que je prenne dans ma main un objet froid, peu importe la matière. La chaleur/fraicheur ressentie dépend de la différence de température entre ma main et l'objet. Il y a donc un échange. Mais de quoi ? Comment ? Est-ce l'objet plus chaud qui transmet de son énergie à l'objet plus froid, le réchauffant en se refroidissant lui-même ? Ou l'objet froid qui absorbe l'énergie de l'objet plus chaud ?

Bref, je m'arrête parce que j'ai l'impression d'être à deux doigts de m'embrouiller moi-même, j'espère que mon questionnement est assez clair

 

Merci d'avance, et bonne soirée !

[Paul_Wi11iams]

Bonsoir tout le monde. En ces premiers jours d'hiver particulièrement doux, quelques interrogations sur la chaleur et/ou la température me sont venues. Et j'en suis arrivé à me demander ce qu'il se passe concrètement, au niveau des molécules voire des atomes, quand deux corps de température différente entrent en contact...

Bon, j'ai lu/entendu que la température résulte du mouvement/de l'énergie (cinétique ? il me semble mais je ne suis plus très sûr) des particules. Mais imaginons que je prenne dans ma main un objet froid, peu importe la matière. La chaleur/fraicheur ressentie dépend de la différence de température entre ma main et l'objet. Il y a donc un échange. Mais de quoi ? Comment ?

 

Je ne suis ni physicien ni prof, mais j'apporte ce qu'on m'a appris à l'école.

 

D'abord, on raisonne en termes de la diffusion de chaleur, ce qui tend à ramener un ensemble d'objets à températures différentes à une même température.

La chaleur se "donne". Elle n'est pas aspirée. Mon père disait que les gens du village de son enfance croyaient que la lune rayonnait du froid, ce qui est plausible mais faux. En physique le froid n'est pas "quelque chose". Dans l'absolu, le froid n'existe pas. Mais je ne tenterais pas d'en convaincre un SDF en hiver !

 

Pour visualiser la chaleur, on peut imaginer des billes représentant les atomes reliés par des élastiques. Le tout est en vibration. Plus ça vibre, plus c'est chaud.

 

La température est l'amplitude des oscillations des billes.

La chaleur est la somme de toute l'énergie stockée dans l'ensemble.

 

Par exemple, on prend une masse à température donnée.

 

On prend ensuite une masse trois fois plus importante avec deux fois plus d'amplitude d'oscillation (température) et nous avons 3 x 2 = 6 fois plus de chaleur.

La chaleur est une quantité et on a l'habitude de la désigner par la lettre "Q".

 

Je pourrais parler de ses unités de mesure si tu le souhaites.

 

Est-ce l'objet plus chaud qui transmet de son énergie à l'objet plus froid, le réchauffant en se refroidissant lui-même ?

oui.

Ou l'objet froid qui absorbe l'énergie de l'objet plus chaud ?

Il la reçoit, oui.

Mais il ne va pas aller la chercher.

j'ai l'impression d'être à deux doigts de m'embrouiller moi-même, j'espère que mon questionnement est assez clair

Non, ta question est bien posée.

En plus elle a été pour moi, l'occasion d'une bonne petite révision des notions oubliées.

 

J'aurais envie de rajouter que beaucoup de malentendus viennent du fait de n'avoir pas dit assez tôt que même l'objet le plus froid que nous pouvons rencontrer dans la vie de tous les jours, est encore beaucoup plus chaud qu'une température minimale qui existe sous le nom de "zéro absolu". C'est là où les "billes" s'arrêtent de bouger complètement.

 

Ainsi un matériau très froid comme la glace carbonique ou l'oxygène liquide a encore ses "billes" en train d'osciller tout doucement dans son réseau de "élastiques".

 

D'autres pourront préciser un peu mieux ce que j'ai dit en improvisant un peu.

 

Ton mode de questionnement est accessible et agréable parce qu'il ne part pas d'une idée figée. C'est aussi l'approche des scientifiques. N'hésites pas de demander des précisions. On te répondra !

Modifié 25 décembre 2015 par Paul_Wi11iams
précisions

[stefg1971]

Pas grand chose à ajouter

 

Le corps chaud transmet son énergie, les vibrations des atomes "chauds" plus agités vont se transmettre par conduction aux atomes "froids" moins agités au niveau de la surface de contact

Il y a aussi échange d'énergie par rayonnement mais là ça devient plus compliqué...

Le transfert par convection se fait dans le cas de fluides (liquides, gaz)

Modifié 22 décembre 2015 par stefg1971

[LoarwennBZH]

Merci pour ces réponses, avec les fêtes je n'ai pas trop le temps, mais début 2016 je reviendrai lire plus attentivement et demander 2 ou 3 petites choses encore. Bonnes fêtes à tous/toutes.

[Paul_Wi11iams]

@+

[LoarwennBZH]

Re-bonjour tout le monde.

 

Donc si je résume les choses, un corps chaud transmet son énergie à un corps moins chaud, donc "froid". Se faisant, il se refroidit tandis que la température du corps moins chaud augmente.

 

Par rapport au corps humain, en plein été : le corps chaud est l'air, le corps froid est par exemple une personne. L'air plus chaud transmet son énergie au corps humain et fait monter sa température. C'est ce qui fait, j'imagine, que nous avons chaud. Mais par conséquent, l'air proche de la peau se refroidit en transmettant de son énergie.

 

En hiver : le corps chaud est la personne, le corps froid est l'air ambiant. Le corps transmet de son énergie à l'air, il se refroidit et c'est ce qui doit faire que nous avons froid. L'air proche de nous doit donc se réchauffer.

 

Imaginons quelqu'un de fiévreux. Sa température interne est plus élevée, il perd donc plus d'énergie que s'il n'était pas fiévreux, c'est ce qui fait qu'il a froid ?

 

Et quand il fait chaud, pour moins ressentir l'effet de chaleur, il faudrait que moins d'énergie se transmette. Il faut donc paradoxalement faire monter sa température interne, d'où le conseil que font certains de boire chaud ou de prendre des douches chaudes.

 

Qu'on m'arrête si je me trompe, bien entendu, j'ai l'air d'affirmer certaines choses mais c'est juste pour la forme

[tata zize]

le corps chaud est l'air, le corps froid est par exemple une personne

 

Que ce soit l'été ou l'hiver, le corps chaud dans ce cas est généralement le corps humain : c'est rare d'être à une température extérieure supérieure à 37°C, qui est en gros la température corporelle normale (surtout en Bretagne..... Les mécanismes de diffusion de la chaleur sont les mêmes.

 

Simplement, il existe dans ta peau des récepteurs sensibles à la chaleur, qui vont s'exciter dès que la température extérieure va dépasser un seuil "confortable" (variant selon le sexe et les individus). Ils vont transmettre à des structures spécialisées de ton cerveau l'information "trop chaud" ou "trop froid" selon les circonstances. ton organisme va alors déclencher toute une série de mécanismes destinés à réguler ta température (ex: sueur en été, grelottement en hiver).

 

Ce n'est donc pas au moins chez les animaux à sang chaud les échanges entre ton corps et l'extérieur qui vont directement réguler ta température.

 

Je ne sais pas si ça répond à ta question. en gros dans le cas que tu évoques, la biologie prend le pas sur la physique, au moins au niveau macroscopique.

[Paul_Wi11iams]

dans le cas que tu évoques, la biologie prend le pas sur la physique, au moins au niveau macroscopique.

 

Ouais.

 

Si la biologie détermine le but d'un maintien de température et aussi les mécanismes de commande et de action, on peut encore faire beaucoup en restant uniquement dans la physique.

 

Dès qu'on parle de sueur, on parle d'évaporation.

 

Et là, il faut introduire la notion de chaleur latente.

 

Et sans vouloir faire peur, il faut déjà avoir parlé de la chaleur spécifique.

 

Pour éviter la biologie, on peut simplifier en remplaçant la personne par une éponge de masse négligeable, trempé avec 1 litre d'eau froide que l'on laisse au soleil dont il absorbe 10W. En ignorant l'évaporation dans un premier temps, on observera sa température qui monte (à quelle vitesse ?) puis qui stagne.

 

Maintenant, en tenant compte de l'évaporation:

Une fois à sa température d'équilibre, l'éponge séchera au bout de combien de temps ?

 

Nous sommes dans nos cartes en retard pour le nouvel an.

Qui veut bien se dévouer, pas forcement pour donner les réponses, mais pour expliquer les principes ?

Modifié 3 janvier 2016 par Paul_Wi11iams

[tata zize]

J'avais mis le niveau macroscopique pour ça. Je m'attendais un peu à ce que l'on proteste.

 

La chaleur spécifique ne fait peur à personne, si? Par contre la biologie oui, apparemment.

 

Dans ce cas là précisément, d'un être humain exposé au froid ou au soleil,ce sont les mécanismes métaboliques qui régulent la température. Il n'y a pas de parallélisme possible avec l'éponge, qui manque cruellement d'hypothalamus.

[Poussin38]

Les deux approches méritent d'être soulignées, la dimension biologique ne peut être ignorée puisque nous ressentons le phénomène physique au travers de nos sens, source de potentiels biais cognitifs si nous nous intéressons aux phénomènes sous-jacents.

 

Développez les 2 !

[LoarwennBZH]

Il est vrai que j'ai sans doute maladroitement pensé que les réactions du corps à l'échelle macroscopique pouvaient s'expliquer par les réactions des particules, les échanges d'énergie etc, sans penser que l'infiniment petit ne se comporte pas forcément comme le... plus grand.

[Paul_Wi11iams]

Il est vrai que j'ai sans doute maladroitement pensé que les réactions du corps à l'échelle macroscopique pouvaient s'expliquer par les réactions des particules, les échanges d'énergie etc, sans penser que l'infiniment petit ne se comporte pas forcément comme le... plus grand.

 

Je ne suis pas sûr que la répartition est macroscopique/microscopique.

 

Un système de commande peut être macroscopique comme, par exemple, le thermostat d'un frigo.

Les principes physiques agissent aussi sur des quantités macroscopiques.

 

Par exemple les lois de Newton ne nécessitent pas à prendre en considération les atomes dont on peut très bien ignorer l'existence.

 

Cependant, il me semble que les principes physiques viennent en premier. Les systèmes de commande sont constitués ensuite à partir des objets qui répondent aux principes.

 

En allant plus loin, je dirais, mais suis ouvert à toute réfutation:

 

• A la base, on a la physique.
  
• Ensuite la chimie vient se greffer dessus. Et on pourrait être chimiste sans savoir la taille d'un atome.
  
• Enfin, la biologie vient profiter des possibilités de la chimie pour constituer des êtres vivants. Et là encore on peut faire de la biologie, la génétique de Mendel par exemple, sans savoir ce qui est une molécule d'ADN. D'ailleurs, un biologiste peut promener son filet parmi les étangs sans microscope ni loupe.
  

 

Du coup, et sans référence à une échelle de grandeur, autant les présenter de haut en bas:

 

• biologie
  
• chimie
  
• physique
  

 

Ainsi, on peut retenir l'usage des "deux approches" selon Poussin38, mais pas pour des raisons d'échelle.

Modifié 5 janvier 2016 par Paul_Wi11iams

[Lolo]

En allant plus loin, je dirais, mais suis ouvert à toute réfutation:

 

• a la base, on a la physique.
  
• ensuite la chimie vient se greffer dessus. Et on pourrait être chimiste sans savoir la taille d'un atome.
  
• enfin, la biologie vient profiter des possibilités de la chimie pour constituer des êtres vivants. Et là encore on peut faire de la biologie, la génétique de mendel par exemple, sans savoir ce qui est une molécule d'adn. D'ailleurs, un biologiste peut promener son filet parmi les étangs sans microscope ni loupe.
  

Cet assemblage est dans le bon ordre. Avant la physique, on peut aussi rajouter les mathématiques qui donnent un langage plus rigoureux à la physique, et après la biologie, on peut rajouter la psychologie, puis la sociologie.

 

Notre société a tendance à croire à ce réductionnisme comme sil était une certitude, mais il faut cependant rester conscient qu'il n'y a rien de certain à tout cela : il se peut en effet que la Chimie, et à plus forte raison encore la Biologie, ne puisse pas réellement se réduire à de la physique.

[Paul_Wi11iams]

Cet assemblage est dans le bon ordre. Avant la physique, on peut aussi rajouter les mathématiques qui donnent un langage plus rigoureux à la physique, et après la biologie, on peut rajouter la psychologie, puis la sociologie.

 

Notre société a tendance à croire à ce réductionnisme comme sil était une certitude, mais il faut cependant rester conscient qu'il n'y a rien de certain à tout cela : il se peut en effet que la Chimie, et à plus forte raison encore la Biologie, ne puisse pas réellement se réduire à de la physique.

 

Merci pour l'encouragement., même si j'ai peur que LoarwennBZH ne reconnaîtra plus le fil qu'il a lancé.

 

Pour aller plus loin dans ton appréciation: le problème est que ces disciplines sont aussi des comportements humains, et une civilisation née d'une autre biosphère, pourrait définir d'autres répartitions, d'autres frontières. Par ailleurs, chaque culture peut confondre l'arbitraire de ses répartitions avec les faits réels qu'ils tentent d'analyser.

 

Il m'est arrivé de me demander si la logique (en amont de la mathématique ?) est juste une activité intellectuelle pratiquée par l'homme, dérivé des faits observés: Les objets semblent s'y obier. Ce qui les rend prévisibles. Mais alors si un fait illogique se produisait, ce ne serait "que" un cygne noir. Il n'est pas interdit en soi.

 

Même la mathématique qui selon une idée très populaire (frères Bogdanov mais aussi bien d'autres moins sujets à controverse...) les nombres et la mathématique sont la genèse de l'univers. Mais on n'est pas l'abri d'un fonctionnement "autre" qui vient s'imposer au moment où on s'y attend le moins.

 

Pour se détendre, je laisse, en sujet de réflexion, La bistromathique Restaurant à la fin de l'Univers de Douglas Adams (étude de la relativité des chiffres portés sur les notes de restaurant).

Modifié 7 janvier 2016 par Paul_Wi11iams

[LoarwennBZH]

même si j'ai peur que LoarwennBZH ne reconnaîtra plus le fil qu'il a lancé.

 

C'est pas un soucis, si ça dérive et que des réponses peuvent être apportées à d'autres choses plus ou moins en rapport, ça fait au moins une économie de sujets à ouvrir.