Énergie thermique - Définition
L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation désordonnée de ses molécules et de ses atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...). Les transferts d'énergie thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) entre corps sont appelés transferts de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) et jouent un rôle essentiel en thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur...). Ils atteignent un équilibre lorsque la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) 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 (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr,...) de la thermodynamique, qui comprend aussi l'équilibre mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) (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 (ou diffusion thermique) est un mode de phénomène de transfert...) (transfert de l'énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est...) des molécules sans échange de matière)
- la convection (La convection est un mode de transfert d'énergie qui implique un déplacement de...) (échange de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) 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...), 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,...).
- 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...), par le phénomène appelé rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) du corps noir (En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend...)
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'une activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) 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 composant l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...). 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...) de bois, ou tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) simplement la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) d'une ampoule électrique.
Un phénomène à l'origine de la découverte des lois de la mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...)
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...) 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...). C'est par ce phénomène que le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) rayonne une partie de son énergie jusqu'à la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), 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...) lumineuse visibles pour l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo...), par exemple, sont autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde d'énergie maximale émise par le rayonnement du corps noir du soleil, qui se situe à 500 nm.
Énergie thermique (L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation...) 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 (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...), 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...), 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 (Un thermomètre est un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur des...) (par exemple un thermomètre à mercure), et d'en mesurer la graduation à l'équilibre thermique.
La capacité thermique massique (La chaleur massique ou chaleur spécifique (symbole c ou s), qu'il convient d'appeler...) d'un corps est une valeur définie pour exprimer la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'énergie thermique nécessaire pour augmenter la température de ce corps d'un degré Celsius (Le degré Celsius (symbole °C ou ℃) est l’unité de...). La capacité thermique (La capacité thermique (ou capacité calorifique) d'un corps est une grandeur permettant de...) massique dépend en général de la composition du corps et de sa température.
Énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) thermique et état de la matière (Bien que le concept de phase soit simple, il est difficile de le définir précisément. Une bonne...)
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...) 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...).
À condition de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire,...), 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...), 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...).