transfert de chaleur entre un objet, la main et l'air
SCIENCES ET TECHNIQUES
+ DE 2 ANS
Le 04/12/2019 à 16h15
1251 vues
Question d'origine :
Bonjour,
j'ai remarqué que plusieurs personnes prennent leur téléphone en main quand il est trop chaud en espérant le refroidir ainsi. Logiquement, la main étant plus chaude que l'air, cela devrait le refroidir moins efficacement que ne pas le toucher, mais la main est chauffée plus vite que l'air...
Ma question est la suivante : tenir un objet chaud dans une pièce à température ambiante le rafraîchit plus vite ou moins vite que le laisser à l'air libre ?
Cordialement.
Réponse du Guichet
bml_sci
- Département : Sciences et Techniques
Le 07/12/2019 à 10h07
Bonjour,
Réponse du département Sciences et Techniques
Tout d'abord, n’étant que bibliothécaires et pas spécialistes en « transfert thermique » nous ne pouvons vous assurer de l'exactitude de notre réponse…
Après quelques recherches voici ce nous pouvons vous répondre, sans certitude, et surtout ce vers quoi vous orienter pour une réponse plus précise.
Pour bien saisir votre interrogation rappelons ce qu’est un transfert thermique :
"Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur est l'un des modes d'échange d'énergie thermique entre deux systèmes. C'est une notion fondamentale de la thermodynamique."
Source Wikipedia.
On distingue 3 types de transferts thermiques : laconduction , la convection et le rayonnement .
Voici une définition très claire de ces 3 notions dans ce document EDUSCOL à destination des élèves de 1ère :
"La conduction thermique
Le transfert d’énergie s’effectue par diffusion de proche en proche, sans déplacement global de matière, de la partie la plus chaude vers la partie la plus froide. Ce transfert peut se réaliser au sein d’un seul corps ou par contact entre deux corps. Il s’agit du seul mode de transfert thermique possible dans les solides.
Exemple : les parois extérieures d’une tasse de café se réchauffent à cause du transfert thermique par conduction au sein de ces parois.
La convection thermique
Le transfert d’énergie s’effectue par le biais d’un déplacement macroscopique de matière. Il se produit dans les fluides (liquides ou gaz) et à l’interface entre un solide et un fluide. Les entités du fluide, en se déplaçant, transfèrent leur énergie thermique à une autre partie du système. On peut distinguer la convection naturelle (ou libre) et la convection forcée pour laquelle le fluide est mis en mouvement sous l’effet d’une action extérieure au transfert thermique.
Exemple : le café se refroidit notamment par transfert thermique à sa surface par convection libre de l’air, ce phénomène est accentué lorsque l’on souffle sur le café, entrainant une convection forcée.
Le rayonnement thermique
Le transfert d’énergie s’effectue par l’intermédiaire d’un rayonnement électromagnétique. Tout corps émet un rayonnement, dont la longueur d’onde au maximum d’émission est fonction de sa température (loi de Wien). La puissance totale perdue par le corps est donnée par la loi de Stefan-Boltzmann.
Exemple : les parois de la tasse contenant du café chaud émettent un rayonnement infrarouge dont la longueur d’onde diffère selon la température du point considéré."
A partir de-là et pour en revenir à votre question, il nous semble que l’on peut reformuler votre question ainsi : "Qu’est-ce qui est le plus efficace pour refroidir un objet chaud, le transfert thermique par conduction (la main) ou par convection (l’air) ?".
Si l’on se base sur les sources ci-dessous, il semblerait que le transfert par convection soit plus efficace que par conduction. Evidemment ces sources ne prennent pas en exemple votre cas précis. Cette affirmation s'applique à des cours de géothermie, d’électronique et d'informatique :
- Dans ce TP à destination d’élèves de terminale
- Dans cet autre TP de lycée toujours
- Dans ce tutoriel d'électronique Cinq choses à savoir sur le refroidissement
- Dans ce cours d'un professeur d'informatique. Dans le troisième paragraphe de ce chapitre sur la thermodynamie on peut lire :
"La convection est beaucoup plus efficace que la conduction, c'est pourquoi on fait intervenir des fluides pour accélérer les échanges thermiques".
Enfin le site Biologie de la peau spécifie ceci, mais cela concerne la perte de chaleur du corps humain :
"3.2.2. Pertes par convection et conduction
Les pertes de chaleur entre l’organisme et le milieu extérieur s’effectuent aussi par convection (15% de la chaleur perdue) et par conduction (3%). La quantité perdue dépend de la différence du gradient de température entre la peau et les fluides et solides avec lesquels elle est en contact. La température cutanée dépendant elle-même de l’irrigation sanguine, la variation du calibre des vaisseaux sanguins représente un phénomène important de la thermorégulation. Un milieu froid entraîne une vasoconstriction, alors qu’une vasodilatation s’observe en milieu chaud".
Partant de toutes ces informations on peut donc éventuellement supposer que l’objet chaud se refroidira plus vite au contact de l’air plutôt qu’au contact de la main. Mais ce n’est qu’une déduction de « non-spécialistes », sans doute à nuancer en fonction de la température de l’objet, de la taille de l’objet, de la chaleur de la main et de l’air ambiant et d’autres paramètres que nous n’imaginons pas…
Pour plus de précisions n’hésitez pas à consulter des ouvrages de thermodynamique qui nécessitent, en revanche, un certain niveau de connaissances en physique :
- Thermodynamique, Francis Meunier, Dunod, 2018
- Thermodynamique, Richard Taillet, De Boeck, 2010
- Thermodynamique en 20 fiches, Richard Mauduit, Dunod 2012.
Enfin, pourquoi ne pas envoyer votre question sur le forum très actif de Futura Sciences animé par de nombreux scientifiques amateurs éclairés !
Bonne journée
Tout d'abord, n’étant que bibliothécaires et pas spécialistes en « transfert thermique » nous ne pouvons vous assurer de l'exactitude de notre réponse…
Après quelques recherches voici ce nous pouvons vous répondre, sans certitude, et surtout ce vers quoi vous orienter pour une réponse plus précise.
Pour bien saisir votre interrogation rappelons ce qu’est un transfert thermique :
"Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur est l'un des modes d'échange d'énergie thermique entre deux systèmes. C'est une notion fondamentale de la thermodynamique."
Source Wikipedia.
On distingue 3 types de transferts thermiques : la
Voici une définition très claire de ces 3 notions dans ce document EDUSCOL à destination des élèves de 1ère :
"
Le transfert d’énergie s’effectue par diffusion de proche en proche, sans déplacement global de matière, de la partie la plus chaude vers la partie la plus froide. Ce transfert peut se réaliser au sein d’un seul corps ou par contact entre deux corps. Il s’agit du seul mode de transfert thermique possible dans les solides.
Exemple : les parois extérieures d’une tasse de café se réchauffent à cause du transfert thermique par conduction au sein de ces parois.
Le transfert d’énergie s’effectue par le biais d’un déplacement macroscopique de matière. Il se produit dans les fluides (liquides ou gaz) et à l’interface entre un solide et un fluide. Les entités du fluide, en se déplaçant, transfèrent leur énergie thermique à une autre partie du système. On peut distinguer la convection naturelle (ou libre) et la convection forcée pour laquelle le fluide est mis en mouvement sous l’effet d’une action extérieure au transfert thermique.
Exemple : le café se refroidit notamment par transfert thermique à sa surface par convection libre de l’air, ce phénomène est accentué lorsque l’on souffle sur le café, entrainant une convection forcée.
Le transfert d’énergie s’effectue par l’intermédiaire d’un rayonnement électromagnétique. Tout corps émet un rayonnement, dont la longueur d’onde au maximum d’émission est fonction de sa température (loi de Wien). La puissance totale perdue par le corps est donnée par la loi de Stefan-Boltzmann.
Exemple : les parois de la tasse contenant du café chaud émettent un rayonnement infrarouge dont la longueur d’onde diffère selon la température du point considéré."
A partir de-là et pour en revenir à votre question, il nous semble que l’on peut reformuler votre question ainsi : "Qu’est-ce qui est le plus efficace pour refroidir un objet chaud, le transfert thermique par conduction (la main) ou par convection (l’air) ?".
Si l’on se base sur les sources ci-dessous, il semblerait que le transfert par convection soit plus efficace que par conduction. Evidemment ces sources ne prennent pas en exemple votre cas précis. Cette affirmation s'applique à des cours de géothermie, d’électronique et d'informatique :
- Dans ce TP à destination d’élèves de terminale
- Dans cet autre TP de lycée toujours
- Dans ce tutoriel d'électronique Cinq choses à savoir sur le refroidissement
- Dans ce cours d'un professeur d'informatique. Dans le troisième paragraphe de ce chapitre sur la thermodynamie on peut lire :
"La convection est beaucoup plus efficace que la conduction, c'est pourquoi on fait intervenir des fluides pour accélérer les échanges thermiques".
Enfin le site Biologie de la peau spécifie ceci, mais cela concerne la perte de chaleur du corps humain :
"
Les pertes de chaleur entre l’organisme et le milieu extérieur s’effectuent aussi par convection (15% de la chaleur perdue) et par conduction (3%). La quantité perdue dépend de la différence du gradient de température entre la peau et les fluides et solides avec lesquels elle est en contact. La température cutanée dépendant elle-même de l’irrigation sanguine, la variation du calibre des vaisseaux sanguins représente un phénomène important de la thermorégulation. Un milieu froid entraîne une vasoconstriction, alors qu’une vasodilatation s’observe en milieu chaud".
Partant de toutes ces informations on peut donc éventuellement supposer que l’objet chaud se refroidira plus vite au contact de l’air plutôt qu’au contact de la main. Mais ce n’est qu’une déduction de « non-spécialistes », sans doute à nuancer en fonction de la température de l’objet, de la taille de l’objet, de la chaleur de la main et de l’air ambiant et d’autres paramètres que nous n’imaginons pas…
Pour plus de précisions n’hésitez pas à consulter des ouvrages de thermodynamique qui nécessitent, en revanche, un certain niveau de connaissances en physique :
- Thermodynamique, Francis Meunier, Dunod, 2018
- Thermodynamique, Richard Taillet, De Boeck, 2010
- Thermodynamique en 20 fiches, Richard Mauduit, Dunod 2012.
Enfin, pourquoi ne pas envoyer votre question sur le forum très actif de Futura Sciences animé par de nombreux scientifiques amateurs éclairés !
Bonne journée
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