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Cours de thermodynamique n°1 : température et chaleur. Mise à jour du 21/02/07.
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Colonne de gauche = discours fait aux élèves, pas forcément écrit au tableau
Colonne de droite = illustrations du propos tenu au paragraphe correspondant de la colonne de gauche, écrites au tableau ou montrées sur transparents.
Voir l’Introduction aux cours de thermodynamique pour situer ce cours dans son contexte. Les exercices signalés sont disponibles en fin du cours.
cours n° 1 : Température et chaleur.
Pré-requis : température d'un corps
A retenir :
Chaleur latente QL , chaleur de combustion QC et chaleur d'échauffement Q
Plan :
1. Notion de chaleur
2. Chaleur = grandeur physique
3. Chaleur = énergie
4. Signe de la chaleur et énergie interne
5. Chaleur latente et chaleur de
combustion
Bibliographie :
Introduction à la thermodynamique, C.
Lhuillier et J. Rous, Dunod.
Les machines transformatrices d'énergie,
tome 1, par G. Lemasson, cours de
mécanique R. Basquin, Delagrave, 1963.
1. Notion de chaleur.
1er cas : Prenons un nageur (température interne T ≈ 37°C) qui nage dans la mer (20°C) :
il a une sensation de froid ⇒ il perd donc de la chaleur que l'on notera par exemple Q.
Pourtant : sa température est restée à 37° C ⇒ il a donc cédé de la chaleur Q sans se
refroidir : chaleur et température sont donc deux "concepts" différents : Q ≠ T
2ème cas : promenons-nous dans les bois pendant que le loup n'y est pas…la température
extérieure est de 20°C, on s'y sent bien…alors que dans l'eau de mer précédente (même température) on avait froid…étrange non ?
3ème cas : il fait beau, nous nous promenons toujours dans les bois, il fait toujours
20°C…on se sent toujours très bien…puis une brise se met à souffler à 30 km/h…on a un peu plus froid (sensation de 17°C extérieur) alors que notre thermomètre indique toujours 20°C…bizarre.
Interprétation : notre sensation de froid ne dépend pas uniquement de la température de
notre corps ou de notre environnement, mais également de la chaleur (notion floue pour
le moment) que l'on perd. Dans le 1er cas l'eau évacuait beaucoup de chaleur de notre
corps (l'eau est conductrice de chaleur) : on perdait donc beaucoup de chaleur alors que notre température interne restait sensiblement constante…mais on avait froid. Température et chaleur sont donc 2 choses différentes. Dans le 2ème cas on perdait moins
de chaleur que dans l'eau (l'air immobile est un bon isolant thermique) on se sentait donc bien alors que la température était identique à celle de la mer. Dans le 3ème cas le vent
évacuait de la chaleur de notre corps…(on compte → voir page suivante
1.
20 °C
20 °C
20 °C
Q ≠ T
T ≈ 273 K (0° C)
glace fondante Q La chaleur Q a simplement fait fondre la glace sans changer la température T du bain : une chaleur n'échauffe pas nécessairement un corps qui la reçoit. Brrrr ! notre sensation de chaud ne dépend pas que de la température extérieure.