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Chaleur et température
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Température élevée n’est pas synonyme de grande chaleur
- Distinction entre chaleur et température
- La combustion d’une allumette permet d’obtenir une température élevée, mais elle ne dégage pas une grande quantité de chaleur.
Distinction entre grandeurs extensives et intensives à l’aide d’une analogie
- Grandeurs extensives et intensives
- La braise d’une cigarette contient une petite quantité de chaleur, mais sa température est élevée. De même le récipient contient une petite quantité de liquide, mais le niveau est élevé.
- Une boisson chaude contient plus de chaleur que la braise d’une cigarette, mais sa température est plus basse. De même le grand récipient contient plus de liquide que le petit de l’image ci-dessus, mais le niveau est plus bas.
Transfert de chaleur et équilibre thermique
- Transfert de chaleur
- On trempe la cigarette allumée dans le verre d’eau.
Que se passe-t-il si on trempe une cigarette allumée dans un verre d’eau chaude ? La quantité de chaleur cédée par la braise est-elle plus grande, égale ou plus petite que celle gagnée par l’eau ? Et que peut-on dire de la température de la braise au cours de cette opération ? Varie-t-elle plus, de la même manière ou moins que celle de l’eau ?
Utilisons l’analogie pour répondre à ces questions
- Le modèle analogique
- La quantité de liquide se conserve lors du transfert, mais les niveaux ne varient pas de la même façon dans les deux récipients.
Lorsqu’on ouvre le robinet, la quantité de liquide qui quitte le petit récipient est égale à celle qui pénètre dans le grand. De même, la quantité de chaleur cédée par la braise lorsqu’on trempe la cigarette dans le verre est égale à celle reçue par l’eau chaude. En revanche, on voit que le niveau varie plus dans le petit récipient que dans le grand. D’une manière semblable, la température de la braise varie plus que celle de l’eau.
- Capacité thermique
- Dans l’analogie, le correspondant de la capacité thermique est la section du récipient.
Si on fournit la même quantité de chaleur à deux billes de même taille mais façonnées dans des matières différentes, la température de celles-ci ne s’élève en général pas de la même quantité. Si on verse le même volume de liquide dans deux récipients de sections différentes, le niveau ne s’élève pas non plus de la même hauteur dans les deux récipients.