La chaleur, ça se propage !
Matériel :
Un plat en métal ou une marmite ou une casserole que vous retournez
Une planche à découper en bois ou un plan de travail
2 petits récipients en métal : petites barquettes en “alu” ou moules à tartelettes par exemple
1 (ou 2) thermomètre(s) de contact pour aquarium à cristaux liquides (de 18° à 36° températures “ambiantes“) ou un thermomètre sonde à infrarouge
Remarque
Les expériences ci-dessous sont effectuées avec des thermomètres de contact. Si vous utilisez un thermomètre sonde à infrarouge, repérez un point de la surface où vous mesurerez toujours la température.
Expérience 1
Posez-le ou les 2 (pour une expérience “comparative“ entre les 2 matériaux) thermomètres sur la surface de bois et celle de métal. Attendez l’équilibre des températures.
Que constatez-vous ?
Au bout de quelques minutes, les 2 températures sont stabilisées et elles sont égales (que vous les repériez simultanément avec 2 thermomètres ou successivement).
Expérience 2
Mettez de l’eau chaude du robinet dans les 2 petits récipients métalliques. Placez un récipient sur la surface de bois, l’autre sur le métal, à quelques centimètres du thermomètre de contact.
Que constatez-vous ?
Expérience 3
Faites varier les situations :
- a. Remettez de l’eau chaude dans le petit récipient métallique et placez-le sur le fond de la casserole, un peu plus loin. Attendez encore. Vous vérifiez que la température là encore a augmenté.
- b. Remplacez l’eau chaude par de l’eau sortie du frigo. L’échange de chaleur se fait en sens inverse : le thermomètre indique une baisse de la température de la surface de la casserole.
- c. Dans tous les cas précédents, la température du bois est restée inchangée.
Écrivez votre Conclusion Locale Provisoire (CLP)
Remarque 1
On parle d’isolants et de conducteurs de la chaleur et non de la “température”.
Vous découvrirez utilement dans le document suivant le sens des mots “Chaleur, température, équilibre thermique”.
Remarque 2
Conducteurs et isolants sont des notions “comparatives“ (plus que…, moins que…). Elles sont très liées à la structure intime de la matière. Un métal avec son organisation compacte, est un très bon conducteur (ou mauvais isolant) ; à l’inverse l’air et plus généralement les gaz, matière diluée, peu dense, inconsistante, se révèlent d’excellents isolants (peu conducteurs), d’autant plus quand on les fractionne dans de multiple cellules indépendantes (les trous dans la maille du pull, les alvéoles des briques alvéolées, les bulles insérées dans la matière plastique).
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La Formule Express “J’ai froid. Mets un pull pour te réchauffer” vous fait découvrir le rôle de votre pull quand il fait froid |
Remarque 3
Cette notion de conduction de la chaleur plus ou moins importante selon les matières sert à l’étude des pertes de chaleur dans le bâtiment. C’est le concept de “ponts thermiques” : des matériaux conducteurs associés par nécessité aux matériaux isolants, par exemple un encadrement métallique de porte, vont pénaliser l’isolation d’un local. Il faut mettre en place des solutions pour combattre leurs conséquences
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La Formule Express “Le métal, c’est toujours froid ?” vous indique l’origine de ces fuites de chaleurs |
Remarque 4
Lors du contact avec un matériau de température inférieure à la nôtre et de l’échange de chaleur qui s’en suit, la quantité de chaleur échangée entre en jeu dans l’appréciation de la sensation de froid.
La formule express “Un métal, c’est toujours plus froid ?” vous précisera la différence entre le signal reçu avec l’aide de votre main et l’analyse qu’en fait votre cerveau.
Dans les faits, cette même sensation de froid a des causes différentes :
le marbre, par exemple, paraît “froid” au contact car il a besoin de “grands échanges de chaleur” pour que sa température varie localement. Le métal quant à lui met en jeu des échanges chaleur tout aussi importants mais pour une autre raison : bon conducteur de la chaleur, il évacue la chaleur de notre main au fur et à mesure vers l’ensemble de son volume et le milieu environnant.