Module C / L'énergie et la société
Les résultats d’apprentissage :
Expliquer les principes scientifiques sous-jacents aux transferts thermiques et à l'énergie nucléaire.
Analyser, en appliquant la méthode scientifique, les concepts d'énergie thermique et nucléaire.
Évaluer des répercussions sociales, technologiques et environnementales des applications de l'énergie thermique et de l'énergie nucléaire.
Les idées clés :
L'énergie peut se transformer d’un type à un autre.
Les systèmes de transformation de l'énergie entraînent souvent des pertes d'énergie thermique et ne sont jamais totalement efficaces.
Bien que les applications technologiques de la transformation de l'énergie puissent avoir une incidence positive sur la société et l’environnement, elles peuvent aussi avoir des effets négatifs ; par conséquent, on doit les utiliser de façon responsable.
Les concepts fondamentaux :
Matière
Énergie
Systèmes et interactions
Structure et fonction
Durabilité et intendance
Les mots clés :
Conduction : “Transfert d'énergie thermique par contact direct entre les particules de deux substances, sans déplacement des particules vers un nouvel endroit.”
Équilibre thermique : “Etat ou deux objets ont la même température. Ils arrêtent alors d'échanger de l'énergie,"
Convection : “Transfert d'énergie thermique par le transport massif des particules d’un endroit à un autre,”
Rayonnement : “Transfert d'énergie sous la forme d’ondes électromagnétiques ou de particules qui se déplacent à grande vitesse,”
L'énergie de rayonnement : “Energie transférée dans les ondes ou dans les particules qui se déplacent à grande vitesse,”
Les transferts d'énergie thermique
Il existe trois manières de transférer l'énergie thermique d'un endroit à un autre, consistant en la conduction, la convection et le rayonnement. Les transferts d'énergie thermique impliquent deux ou trois des modes de transfert simultanément.
Conduction
La conduction est le transfert d'énergie thermique par contact entre les particules de deux substances, sans les déplacer [les particules] vers un nouvel emplacement. Les particules énergétiques du matériau « chaud » entrent en collision avec les particules moins énergétiques du matériau plus froid. Les particules les plus lentes absorbent l'énergie et entrent en collision avec celles de l'objet froid. Il faut un certain temps pour que ces particules aient la même énergie cinétique moyenne. A ce moment, les objets ont la même température et ils cessent d'échanger de l'énergie. Ils ont atteint un état d'équilibre thermique. Comme les particules sont plus proches les unes des autres lorsqu'elles sont solides, elles conduisent mieux l'énergie thermique que les liquides. Cependant, les liquides conduisent mieux l'énergie thermique que le gaz.
Convection
La convection est le transfert d'énergie thermique par le transport massif de particules d'un endroit à un autre. Étant donné que les particules ont une liberté de mouvement et ne sont pas maintenues en place comme elles le sont dans les solides, la convection se produit dans les fluides, tels que les liquides et les gaz.
La convection est l'agitation naturelle d'un fluide : la matière plus chaude et moins dense monte, tandis que la matière plus froide et plus dense descend. Toute cette matière atteint finalement une température uniforme. La convection est généralement la méthode la plus efficace de transfert d'énergie thermique dans ces liquides et gaz.
Le rayonnement
Le rayonnement est le transfert d'énergie sous forme d'ondes électromagnétiques, ou particules, qui se déplacent à grande vitesse. L'énergie qui est transférée dans ces ondes ou particules est « l'énergie rayonnante ». Les types de rayonnement les plus courants sont la lumière visible et d'autres types de rayonnement électromagnétique, tels que le rayonnement infrarouge et ultraviolet. Le rayonnement transporte l'énergie dans l'air ; c'est pourquoi, lorsque vous placez vos mains près d'une ampoule électrique, vous ressentez la chaleur même si vous ne touchez pas l'objet. Lorsque le rayonnement atteint un objet, il est transféré aux particules de l'objet sous forme d'énergie cinétique.
Tous les objets absorbent et émettent de l'énergie de rayonnement. Lorsque ces objets ont la même température, la quantité d'énergie absorbée est égale à la quantité d'énergie libérée, ce qui n'entraîne aucun changement de température. L'énergie thermique se déplace toujours d'un milieu avec une température plus élevée, vers un milieu avec une température plus basse - à moins qu'une force externe ne fasse ce travail.
Source
Sandner, L., Durocher, L., & Saucyer, J. R. (2012). Physique 11 STSE. Chenelière Éducation.
