Énergie, température et chaleur atmosphériques
Énergie
L’énergie voyage à travers l’espace ou le matériau. Cela est évident lorsque vous vous tenez près d’un feu et que vous sentez sa chaleur ou lorsque vous prenez la poignée d’une casserole en métal, même si la poignée n’est pas directement assise sur le poêle chaud. Les ondes d’énergie invisibles peuvent voyager à travers l’air, le verre et même le vide de l’espace. Ces ondes ont des propriétés électriques et magnétiques, elles sont donc appelées ondes électromagnétiques. Le transfert d’énergie d’un objet à un autre par le biais d’ondes électromagnétiques est connu sous le nom de rayonnement. Différentes longueurs d’onde d’énergie créent différents types d’ondes électromagnétiques.
Les longueurs d’onde que les humains peuvent voir sont appelées «lumière visible». Ces longueurs d’onde nous apparaissent comme les couleurs de l’arc-en-ciel. À quels objets pouvez-vous penser qui rayonnent la lumière visible? Deux comprennent le soleil et une ampoule.
Les plus longues longueurs d’onde de la lumière visible apparaissent en rouge. Les longueurs d’onde infrarouges sont plus longues que le rouge visible. Les serpents peuvent voir l’énergie infrarouge. Nous ressentons l’énergie infrarouge sous forme de chaleur.
Les longueurs d’onde plus courtes que le violet sont appelées ultraviolets.
Seule une très petite partie du spectre électromagnétique est visible. Ce spectre visible se trouve entre la lumière ultraviolette et infrarouge.
Pouvez-vous penser à certains objets qui semblent émettre de la lumière visible, mais qui ne le font pas réellement? La lune et les planètes n’émettent pas de lumière propre; ils reflètent la lumière du soleil. La réflexion est lorsque la lumière (ou une autre onde) rebondit sur une surface. L’albédo est une mesure de la façon dont une surface réfléchit la lumière. Une surface avec un albédo élevé reflète un grand pourcentage de lumière. Un champ de neige a un albédo élevé.
Un fait important à retenir est que l’énergie ne peut pas être créée ou détruite; elle ne peut être changée que d’une forme à une autre. C’est un fait si fondamental de la nature que c’est une loi: la loi de conservation de l’énergie.
Dans la photosynthèse, par exemple, les plantes convertissent l’énergie solaire en énergie chimique qu’elles peuvent utiliser. Ils ne créent pas d’énergie nouvelle. Lorsque l’énergie est transformée, une partie devient presque toujours de la chaleur. La chaleur se transfère facilement entre les matériaux, des objets plus chauds aux objets plus froids. Si plus de chaleur n’est ajoutée, finalement tout un matériau atteindra la même température.
Température
La température est une mesure de la vitesse à laquelle les atomes d’un matériau vibrent. Les particules à haute température vibrent plus rapidement que les particules à basse température. Les atomes à vibration rapide se brisent ensemble, ce qui génère de la chaleur. Lorsqu’un matériau se refroidit, les atomes vibrent plus lentement et entrent en collision moins fréquemment. En conséquence, ils émettent moins de chaleur. Quelle est la différence entre la chaleur et la température?
La température mesure la vitesse de vibration des atomes d’un matériau.
La chaleur mesure l’énergie totale du matériau.
Qui a une chaleur plus élevée et qui a une température plus élevée: une flamme de bougie ou une baignoire remplie d’eau chaude?
La flamme a une température plus élevée, mais moins de chaleur, car la région chaude est très petite.
La baignoire a une température plus basse mais contient beaucoup plus de chaleur car elle a beaucoup plus d’atomes vibrants. La baignoire a une plus grande énergie totale.
Chaleur
La chaleur est absorbée ou libérée lorsqu’un objet change d’état, ou passe d’un gaz à un liquide, ou d’un liquide à un solide. Cette chaleur est appelée chaleur latente . Lorsqu’une substance change d’état, la chaleur latente est libérée ou absorbée. Une substance qui change son état de matière ne change pas de température. Toute l’énergie qui est libérée ou absorbée sert à changer l’état du matériau.
Par exemple, imaginez une casserole d’eau bouillante sur un brûleur de poêle: cette eau est à 100 degrés C (212 degrés F). Si vous augmentez la température du brûleur, plus de chaleur pénètre dans l’eau. L’eau reste à sa température d’ébullition, mais l’énergie supplémentaire sert à faire passer l’eau du liquide au gaz. Avec plus de chaleur, l’eau s’évapore plus rapidement. Lorsque l’eau passe d’un liquide à un gaz, elle absorbe de la chaleur. L’évaporation absorbant de la chaleur, on parle de refroidissement par évaporation. Le refroidissement par évaporation est un moyen peu coûteux de refroidir les maisons dans les zones chaudes et sèches.
Les substances diffèrent également par leur chaleur spécifique, la quantité d’énergie nécessaire pour élever la température d’un gramme du matériau de 1,0 degrés C (1,8 degrés F). L’eau a une chaleur spécifique très élevée, ce qui signifie qu’il faut beaucoup d’énergie pour changer la température de l’eau. Comparons une flaque d’eau et de l’asphalte, par exemple. Si vous marchez pieds nus lors d’une journée ensoleillée, que préférez-vous traverser, la flaque d’eau peu profonde ou un parking asphalté? En raison de sa chaleur spécifique élevée, l’eau reste plus froide que l’asphalte, même si elle reçoit la même quantité de rayonnement solaire.
