Les notions de température et de chaleur sont différentes :
La chaleur peut engendrer :
La calorie est une autre unité d’énergie, valant approximativement 4,18 joules. Elle correspond à la quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'un gramme d'eau de 1 °C.
La température est une grandeur physique mesurée à l’aide d’un thermomètre. Une unité très répandue est le degré Celsius. Dans cette unité, la glace d'eau fond à 0 °C et bout à 100 °C, sous la pression normale (égale à 1013 hPa).
La température absolue, en Kelvins, est la température définie par un thermomètre à gaz basé sur la loi des gaz parfaits. L'expérience montre qu'il est impossible d'atteindre une température inférieure à -273,15 °C. La température absolue est toujours positive.
TKelvins = Tdegrés Celsius + 273,15
Il existe plusieurs variantes du thermomètre à gaz : Il peut être à volume variable ou à volume constant.
Un gaz est dit parfait s'il vérifie la loi des gaz parfaits. Tous les gaz réels peuvent être considérés parfaits à des pressions suffisamment basses.
La loi des gaz parfaits s'écrit :
P : Pression, en Pa.
V : Volume de gaz, en m3.
T : Température, en K.
n : Quantité de matière, en mol.
R : Constante des gaz parfaits, égale à 8,314 J.mol-1.K-1
Si la quantité de matière n'est pas connue, on écrit aussi :
Un système matériel à une température donnée possède de l'énergie calorifique. Il peut recevoir de la chaleur ou la fournir à son environnement.
Pour système matériel isolé, si une quantité de chaleur Q est reçu par le système, alors elle est positive. Si elle est cédée à l’environnement, alors elle est négative.
La matière peut être à l'état solide, liquide ou gazeux. Les changements d'état portent différents noms :
La quantité de chaleur échangée par un corps conservant son état (liquide, solide ou gazeux) en changeant sa température se calcule avec la relation ci-dessous.
Q = m . C . (T2 - T1)
Q : Quantité de chaleur échangée, en J.
m : Masse du corps, en kg.
C : Capacité thermique massique, en J.kg-1.°C-1 ou en J.kg-1.K-1.
T2, T1 : Températures, en °C ou en K.
| Matière | Capacité thermique massique (J.kg-1.K-1) |
|---|---|
| Eau à l'état solide | 4185 |
| Eau à l'état liquide | 2060 |
| Acier | 460 |
| Aluminium | 897 |
| Béton | 880 |
| Verre | 720 |
| Bois | 1200 à 2700 |
On notera que pour les gaz, il faut distinguer la capacité thermique massique à pression constante et la capacité thermique massique à volume constant.
| Matière | Capacité thermique massique (J.kg-1.K-1) | |
|---|---|---|
| à pression constante | à volume constant | |
| Air | 1004 | 716 |
| Vapeur d'eau | 2010 | 1578 |
La quantité de chaleur échangée par un corps changeant d'état tout en conservant la même température se calcule avec la relation ci-dessous.
Q = m . L
L : Chaleur latente, en J/kg.
| Matière | Chaleur latente (kJ/kg) | |
|---|---|---|
| de fusion | de vaporisation | |
| Eau | 334 | 2265 |
Le passage de la chaleur d’un corps chaud vers un corps froid se fait selon trois modes :
C’est une transmission d’énergie dans un corps fluide (liquide ou gaz) en mouvement. On distingue la convection libre (ou naturelle) et la convection forcée.
C’est une transmission d’énergie au travers d’un corps, sans déplacement de la matière qui constitue ce corps.
C’est une transmission d’énergie à distance, sans support matériel, c’est à dire sans la participation d’un milieu intermédiaire. Cette transmission peut avoir lieu dans le vide ou dans tout milieu matériel transparent au rayonnement.
Dans les systèmes, on rencontre souvent des problèmes de dissipation thermique.
En mécanique, le frottement engendre de la chaleur et, éventuellement, une élévation de la température. Il est parfois nécessaire de dissiper la chaleur pour ne pas risquer de détruire une pièce.
En électronique, sur les circuits imprimés, le courant électrique traverse les résistances et les transistors qui se mettent à chauffer. Il est parfois nécessaire de dissiper la chaleur pour ne pas risquer de détruire les composants.