Notion de chaleur

La chaleur et la température sont deux notions distinctes qui sont pourtant couramment confondues dans le langage habituel. Au XIXe siècle, les scientifiques assimilaient la chaleur à un fluide appelé le calorique. Ce n’est que plus tard qu’elle fût définie comme un transfert de l’agitation thermique des particules microscopiques de matière (atomes, etc…).

Ces particules agitées s’entrechoquent de manière aléatoire. Plus elles sont agitées, plus on ressent une sensation de chaleur. Toutefois, ce sont toujours les particules les plus agitées qui transmettent leur énergie cinétique aux moins agitées, et non l’inverse. C’est cette énergie qui correspond à la chaleur. En conséquence, un  transfert thermique ne peut se faire que de la source chaude vers la source froide.

Transmission de chaleur :

La chaleur peut se transmettre de différents moyens :

• Par conduction. Elle s’observe lorsque l’on tient une pointe par une extrémité, et que l’on chauffe l’autre par une flamme. Au bout d’un certain temps, on lâche la pointe sous l’effet de la chaleur. Il s’agit donc d’une propagation de chaleur par conduction : une agitation progressive et interne des particules.
  
  
  
  
  
  
   
• Par convection. Imaginons deux pièces à température nettement différentes, séparées par une porte. Lors de l’ouverture de celle-ci, un courant de convection va tenter d’égaliser la température entre ces deux pièces. Par ailleurs, si on avait placé une bougie à une hauteur assez élevée dans l’entrebâillement de la porte pendant le transfert, la flamme se serait inclinée vers le local froid. En revanche, une bougie placée sur le seuil de la porte aurait vu sa flamme inclinée vers le local chaud.
  
   
• Par rayonnement. Prenons l’exemple d’une lampe électrique à filament que l’on allume dans le vide. A proximité, nous ressentons une sensation de chaleur. Pourtant, de par l’absence de matière, il ne peut pas y avoir eu de convection ou de conduction. La chaleur s’est donc propagée sans support matériel intermédiaire, à la façon de la lumière ; il y a donc eu rayonnement.
  
  
  

Comment mesurer cette notion ?

Une quantité de chaleur peut se mesurer avec différentes unités ; la calorie (cal) est la quantité de chaleur qu’il faut fournir à un gramme d’eau pour élever sa température de 1 degré (Celsius ou Kelvin). Il existe aussi la thermie (th) qui correspond à la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1 degré la température de 1 tonne d’eau.

Toutefois, la calorie n’est pas reconnue dans les unités du  Système International (SI). Depuis 1978, le SI a mis en place une autre unité, le Joule (J), ses multiples et ses sous-multiples. On notera qu’une calorie vaut 4,1885 J.

De même il existe aussi le kilowattheure (kWh), tel que :

Quelles échelles ?

Comme il a été précisé au début de cette partie, la température et la chaleur sont deux notions qu’il faut différencier. Il convient d’expliquer pourquoi :

La chaleur est une énergie. A l’inverse, la température est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules. La température peut être mesurée à l’aide d’un thermomètre.
Il existe différentes échelles pour la mesurer, voici les trois principales :

• L’échelle Kelvin : elle démarre au zéro absolu, c'est-à-dire lorsque toutes les particules sont figées. Elle est notée °K.
   
• L’échelle Celsius : elle est identique à l’échelle Kelvin mais décalée de 273,15°. Le zéro absolu vaut donc – 273,15 °C. Elle est notée °C.
   
• L’échelle Fahrenheit, notée °F, est une autre échelle fréquemment utilisée dans les pays anglo-saxons. Elle diffère des deux autres car non proportionnelle. Le zéro absolu vaut -459,67 °F.

Pour comparer différentes installations de chauffage, on compare leur puissance. Pour cela, le Watt thermique correspond à la production de puissance thermique. Le Watt est la puissance d’un système énergétique dans lequel est transférée uniformément une énergie de 1 Joule pendant 1 seconde.

L'énergie thermique n'est pas la seule énergie existante. Parmi les autres formes d'énergie, on peut noter l'énergie rayonnante, mécanique, chimique, électrique, hydraulique et nucléaire.