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Énergie thermique
Mouvement thermique d'un segment de molécule d'une protéine.
Mouvement thermique d'un segment de molécule d'une protéine.

L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation désordonnée de ses molécules et de ses atomes. Les transferts d'énergie thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de...) entre corps sont appelés transferts de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) et jouent un rôle essentiel en thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La première...). Ils atteignent un équilibre lorsque la température des corps en contact est égale.

Une énergie dissipative

L'énergie thermique à tendance à se répartir uniformément dans l'espace. Ce mécanisme naturel d'équilibre est un des mécanismes énoncés dans le principe zéro de la thermodynamique, qui comprend aussi l'équilibre mécanique (des pressions s'équilibrent), et l'équilibre chimique (les fluides se mélangent).

Les mécanismes de répartition de l'énergie thermique sont :

  • Par contact direct
    • la conduction thermique (La conduction thermique est le mode de transfert de chaleur provoqué par une différence de température entre deux régions d'un même milieu ou entre...) (transfert de l'énergie cinétique des molécules sans échange de matière)
    • la convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide....) (échange de matière entre fluides ou entre gaz)

La dissipation d'énergie thermique par contact se produit de façon disymétrique par rapport au temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), et se fait toujours du corps le plus chaud (celui dont la température est la plus élevée) vers le corps le plus froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.). Ce phénomène est formalisé dans le second principe de la thermodynamique et limite les possibilités de transformer de l'énergie en travail. Il a été découvert lors de la réalisation des premiers moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie...).

  • Au travers du vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.)
    • Emission de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement...), par le phénomène appelé rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) du corps noir (En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température. En pratique, un tel objet matériel n'existe pas, mais il représente un...)

Un phénomène d'origine quantique à l'echelle macroscopique

De part sa nature, étant le reflet (Un reflet est, en physique, l'image virtuelle formée par la réflexion spéculaire d'un objet sur une surface. La nature spéculaire de la réflexion est...) d'une activité au niveau moléculaire, l'énergie thermique est profondément quantique. En particulier, cette capacité à se transformer en énergie lumineuse par le rayonnement du corps noir est un témoignage direct des changements d'état des molécules et atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) composant l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...). C'est un phénomène que nous pouvons observer quotidiennement, en observant des braises dans un feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.) de bois, ou tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) simplement la lumière d'une ampoule électrique.

Un phénomène à l'origine de la découverte des lois de la mécanique quantique

L'étude précise du rayonnement du corps noir, et des lois déterminant la nature de la lumière émises à conduit à des paradoxes lorsqu'elle était faite avec les équations de la mécanique classique. C'est en cherchant à résoudre ce paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente, aboutit à une absurdité, ou encore, une situation qui contredit l'intuition...) que Planck introduit l'idée que la lumière n'était pas émise de manière continue, mais par paquets. Cette hypothèse se révéla vraie et est un des fondements de la mécanique quantique.

Cette propriété de la matière de rayonner son énergie thermique a une influence considérable sur notre environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le...). C'est par ce phénomène que le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...) rayonne une partie de son énergie jusqu'à la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...), y apportant une source d'énergie essentielle aux conditions d'existence de la vie (La vie est le nom donné :). De plus, les organismes vivants ont évolué pour tirer parti des informations rendues disponibles par ces rayons lumineux, en élaborant l'œil. Les longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière....) lumineuse visibles pour l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est...), par exemple, sont autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) de la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de...) d'onde d'énergie maximale émise par le rayonnement du corps noir du soleil, qui se situe à 500 nm.

Énergie thermique et température

Lors de la mise en contact entre deux corps, un échange d'énergie thermique se produit. Le point (Graphie) d'équilibre est atteint lorsque les deux corps ont atteint la même température. La notion d'équilibre est une notion transitive. Si un corps A est en équilibre avec B, et que ce corps B est en équilibre avec un corps C, alors A et C sont aussi en équilibre. A, B et C ont la même température. Au début du XXe siècle, il a été jugé que cette loi, qui semble tenir du simple bon sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine....), méritait d'être formulée comme le principe 0 de la thermodynamique.

Bien que difficile à définir formellement, la température est une notion utilisée dans la vie courante, car facile à observer. Pour mesurer la température d'un corps, il suffit de le mettre en contact avec un thermomètre (par exemple un thermomètre à mercure), et d'en mesurer la graduation à l'équilibre thermique.

La capacité thermique massique d'un corps est une valeur définie pour exprimer la quantité d'énergie thermique nécessaire pour augmenter la température de ce corps d'un degré Celsius. La capacité thermique massique dépend en général de la composition du corps et de sa température.

Énergie thermique et état de la matière

En fournissant de l'énergie thermique à un corps, on peut en changer l'état, le faisant passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) par exemple de l'état solide à l'état liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.).

À condition de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) donnée, ces changements d'état se font toujours à la même température, pour un corps d'une composition donnée. C'est cette propriété qui a été utilisée, ainsi que des considérations d'origine thermodynamiques pour définir l'echelle de température kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont...), en se basant sur les changements d'état de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.).

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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