Masse volumique et température : la masse d’un solide, d’un liquide ou d’un gaz ne varie pas quand on élève les températures. La masse volumique d’un solide, d’un liquide ou d’un gaz (à pression constante) diminue quand la température s’élève.

Le mode de transmission de la chaleur : retenons qu’il existe trois modes de transmission de la chaleur dans les solides, les liquide et les gaz.

La chaleur se transmet par conduction dans les solides, par convection dans les liquides et dans les gaz, par rayonnement dans les vides.

La transmission par conduction :

Expérience : sur une tige métallique fixée horizontalement déposons des petites boules de cire de bougie. Chauffons une extrémité de la tige, les boules de cire fondent les unes après les autres a partir de la source de chaleur (la flamme). Dans les solides la chaleur chemine de proche en proche elle se transmet par conduction.

Les bons conducteurs de chaleur ou conducteurs thermique :

De façon général, les métaux sont bons conducteurs de chaleur, parmi les métaux usuels, le cuivre est le meilleur suivi de l’aluminium, après le fer.

Les mauvais conducteurs de chaleur ou isolant thermiques :

Le verre, le bois, les matières plastiques, brique, papier, … sont des mauvais conducteurs : ce sont des isolants thermiques,

NB : l’air est très mauvais conducteur de chaleur. Il entre dans la structure de tous les isolants thermiques.

La transmission par convection

Cas des liquides : l’eau d’une camarde placée sur le feu s’échauffe rapidement ; l’eau qui est au fond s’échauffe la première, elle se dilate et sa masse volumique diminue. Elle monte vers la surface et est remplacée au fond par l’eau plus froide qui s’échauffe à son tour. Bientôt, tout le liquide est chaud, ce sont les déplacements de l’eau qui ont permis à la chaleur d’arriver à la partout : ces déplacements sont appelés courant de convection. On dit que dans les liquides, la chaleur se transmet par convection.

La transmission par rayonnement :

Mise en évidence : approchons de notre joue un objet chaud (fer à repasser par exemple). Nous sentons la chaleur atteindre notre peau. Interposons un écran. La sensation cesse. La chaleur ne nous parvient ni par convection (l’air chaud s’élève), ni par conduction (l’air est mauvais conducteur). Elle nous parvient par un troisième mode : le rayonnement, qui se propage à travers l’air, mais que l’écran arrête. De même les rayons du soleil, qui parviennent jusqu’à nous à travers le vide interplanétaire, chauffent la terre, la transmission par rayonnement n’exige pas de milieu matériel. 

NB : dans le rayonnement la chaleur se propage comme la lumière, sans support de matière. Ces rayons invisibles sont aussi appelés « rayons infrarouges ».

Isolation thermique

Exemple 1 : nos habitations doivent être chaudes d’hiver et fraîche l’été donc à une température souvent différente de celle de l’extrémité. Il faut donc empêcher la chaleur de se transmettre vers l’extérieur en hiver et d’entré en été. Dans les cas, on doit réaliser une isolation thermique : on freine la transmission par conduction en constituant des murs isolants. On utilise essentiellement des isolants qui emprisonnent des bulles d’air (l’air est mauvais conducteur) comme le polystyrène aussi enfermer de l’air entre deux vitres (double vitrage) ou deux murs (double cloison).  Il faut éviter les courants de convection dans l’air en l’empêchant de circuler : on met des bourrelets aux portes et aux fenêtres.

Exemple 2 : une bouteille isolante conserve longtemps une boisson chaude comme une boisson froide. Par ce que :

• La convection est empêchée par le vide
• Le rayonnement est limité par l’argenture
• La conduction reste seulement possible au goulot où elle est très faible, le verre étant mauvais conducteur.