Dans cet article de blog, nous expliquerons en termes simples pourquoi une brise de ventilateur fait fondre la crème glacée plus rapidement et le principe de transfert de chaleur qui se cache derrière.
C'est une chaude journée d'été, et ta sœur sort du congélateur un cornet de glace acheté à l'épicerie en face de chez toi. C'est un délice qui te fait oublier la chaleur l'espace d'un instant. Assis devant la télé, profitant de la brise fraîche du ventilateur, tu croques dans la glace et oublies un instant les soucis du monde. Mais la joie est de courte durée. La glace fond trop vite. Ai-je mangé trop lentement parce que je regardais la télé ? La texture collante de la glace qui a déjà coulé sur tes mains et sur le sol te fait oublier ton euphorie brève mais intense, et tu te sens trahi.
Pourquoi ma glace a-t-elle fondu si vite ? La raison pour laquelle la glace fond est simple. Nous savons tous que la glace absorbe la chaleur et se transforme en eau, mais comment la chaleur se propage-t-elle de l'air ambiant à la glace, et qu'est-ce qui détermine sa vitesse ? Il existe trois modes de propagation de la chaleur : la conduction, la convection et le rayonnement. En examinant ces méthodes, nous pouvons comprendre pourquoi la glace a fondu si vite.
Par une froide journée d'hiver, personne n'a envie de s'asseoir sur un banc dans un parc. C'est probablement parce que nous avons tous déjà ressenti cette sensation de froid. Si vous êtes assis sur un banc froid et que vous tenez une chaufferette, vos mains sont chaudes, mais vos fesses sont froides. Votre main n'a pas bougé, ni la chaufferette. De même, vos fesses ne bougent pas, ni la chaise. Mais la chaleur se déplace, et c'est ce qu'on appelle la conduction. La conduction est la propagation des vibrations à l'échelle atomique ou moléculaire. Un atome vibrant rapidement et possédant beaucoup d'énergie entre en collision avec un atome vibrant plus lentement juste à côté et transfère de l'énergie, ce qui permet d'observer le déplacement de la chaleur à l'échelle macroscopique.
La convection utilise le même principe de transfert d'énergie par collision au niveau moléculaire, mais la différence intervient après la collision. La convection, comme son nom l'indique, est un flux. Alors que la conduction ne modifie pas la position relative des molécules après une collision, la convection modifie la position relative des particules après la collision. En termes simples, pour qu'il y ait convection, la substance qui transfère ou reçoit de la chaleur doit être un gaz ou un liquide, et à l'échelle macroscopique, ce gaz ou ce liquide doit être en mouvement. Par exemple, si vous plongez votre bras dans de l'eau stagnante, la conduction prédomine ; si vous plongez votre bras dans de l'eau courante, c'est la convection qui prédomine. La vitesse de propagation de la chaleur est proportionnelle à la différence de température entre les substances qui échangent de la chaleur ; à différence de température égale, la convection déplacera la chaleur plus rapidement que la conduction. C'est pourquoi l'eau courante est souvent utilisée comme traitement de premiers soins pour les brûlures graves sur des objets chauds.
Vous avez probablement déjà vu les effets spéciaux de la colonne de feu, souvent utilisés dans les arts martiaux, la lutte professionnelle et d'autres sports, lorsqu'un combattant entre sur le ring, ou lorsque l'atmosphère d'un concert est électrique. Lorsque cette flamme flamboie, vous sentez votre visage chauffer, même s'il y a une distance importante entre votre position et la scène. Mais dès que la flamme disparaît, mon visage se refroidit. Ce mouvement de chaleur ne peut s'expliquer par la conduction ou la convection, car la distance est telle que les atomes ou les molécules ne peuvent pas se toucher. Ce phénomène est appelé rayonnement. Le rayonnement est le transfert de chaleur par des ondes électromagnétiques, comme la lumière. Tous les objets émettent différents types d'ondes électromagnétiques d'intensité variable, selon leur température et leur état de surface, et absorbent simultanément les ondes électromagnétiques émises par les objets qui les entourent. Ces ondes électromagnétiques contiennent de l'énergie, et le transfert de chaleur est fonction de la différence entre la quantité absorbée et la quantité émise. Dans l’exemple ci-dessus, la chaleur est transférée au visage parce que les ondes électromagnétiques transmises au visage par la colonne de feu ont plus d’énergie que les ondes électromagnétiques émises par le visage.
La chaleur se propage par conduction, convection et rayonnement de diverses manières, et affecte nos vies de multiples façons. Une colonne de feu, une trousse de premiers soins pour brûlures ou un banc froid sont autant d'exemples de transfert de chaleur. D'après les méthodes de transfert de chaleur décrites ci-dessus, si ma glace a fondu si vite, c'est probablement grâce à la convection provoquée par le vent du ventilateur. En l'absence de vent, la conduction domine le transfert de chaleur entre la glace et l'air ambiant, mais avec le vent, c'est la convection qui domine. Le transfert de chaleur est donc plus rapide et la glace fond plus vite. Si je n'avais pas mangé devant le ventilateur, mon apéro n'aurait pas été interrompu. Je vais d'abord faire la vaisselle, puis j'enverrai un message à ma sœur pour qu'elle m'apporte de la glace pour les churros ou les boules de glace de ce soir.
