20
Chapitre 1
kelvins
degrés Celsius
0
−273,15
Zéro absolu (par définition)
10 −10
−273,1499999999
Température la plus basse jamais atteinte
(quelques particules seulement)
4,22
−268,93
Ébullition de l’hélium à pression atmosphérique
44
−229
Température moyenne de la surface de Pluton*
184
−89,4
Température atmosphérique minimale enregistrée sur Terre*
273,15
0
Fonte de l’eau à pression atmosphérique
327
54
Température atmosphérique maximale enregistrée sur Terre*
373,15
100
Ébullition de l’eau à pression atmosphérique
400
127
Température du nez d’un Concorde en croisière*
483
200
Four domestique ordinaire*
485
210
Auto-inflammation du carburant diesel*
753
480
Bords d’attaque d’un sr-71 en croisière*
1 100
830
Feu de bois*
1 900
1 600
Bouclier d’une navette spatiale en rentrée atmosphérique*
2 500
Filament d’une lampe à incandescence
5 000
Fonte du diamant (à 12 GPa)
5 800
Surface du soleil
16 ⋅ 10 6
Centre du soleil
3 ⋅ 10 9
Au sein de la déflagration d’une arme nucléaire
3 ⋅ 10 9
Cœur d’une grosse étoile à son dernier jour
1 ⋅ 10 12
Particules en collision au sein du RHIC
1,417 ⋅ 10 32
L’univers 5,391 ⋅ 10 −44 s après le Big Bang
Tableau 1.1 – Quelques exemples de températures. Les valeurs les moins
précises, dénotées par un astérisque, sont converties approximativement.
1.4.2 La chaleur
« Ces résultats sont inexplicables
si nous considérons que la chaleur est
une substance. »
James Joule, 1845
On the Changes of Temperature
Produced by the Rarefaction and
Condensation of Air [8]
« Ces circonstances [...] nécessitent
une comparaison entre travail et chaleur, qu’il nous faut effectuer en partant
de l’hypothèse divergente que la production de travail est due non seulement à un changement dans la distribution de la chaleur, mais aussi à
une consommation de celle-ci ; et inversément, que par la consommation
de travail la chaleur puisse être produite. »
Rudolf Clausius, 1850 [10, 11, 21]
Lorsque l’on met deux corps de températures différentes en contact, leurs
températures ont tendance à s’égaliser au cours d’un transfert spontané
d’énergie. Nous appelons cette forme d’énergie chaleur.
La chaleur, notée í µí±, est une forme d’énergie (mesurée en joules). À
l’échelle macroscopique, c’est un transfert d’énergie sous forme chaotique.
On peut le provoquer de plusieurs façons, dont les plus pertinentes pour
l’ingénieur/e sont :
• la perte d’énergie interne d’un corps, par mise en contact avec un corps
de température plus basse ;
• le frottement ;
• la disparition de masse au sein d’une réaction nucléaire ;
• la transformation d’énergie potentielle entre atomes, par réaction chimique (en particulier la combustion d’hydrocarbures avec l’oxygène atmosphérique).
De même que l’on note í µí± la chaleur (J), on note í µí± la chaleur spécifique
(J kg
−1 ).
La notion de chaleur est très difficile à appréhender. On l’a longtemps crue
être un fluide (le calorique) de densité très faible, capable d’imprégner tous
les matériaux. Cette théorie a été abandonnée au milieu du xix e siècle,
lorsque l’on a mis en évidence que la chaleur n’est pas conservée, c’est-à-dire
qu’elle a une capacité à disparaître ou apparaître. Par exemple, un moteur
en marche reçoit de la chaleur (par combustion) mais il en rejette moins
qu’il n’en a reçu. Il en transforme une partie en travail, que l’on utilise par
exemple pour propulser un véhicule.
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen
Chapitre 1
kelvins
degrés Celsius
0
−273,15
Zéro absolu (par définition)
10 −10
−273,1499999999
Température la plus basse jamais atteinte
(quelques particules seulement)
4,22
−268,93
Ébullition de l’hélium à pression atmosphérique
44
−229
Température moyenne de la surface de Pluton*
184
−89,4
Température atmosphérique minimale enregistrée sur Terre*
273,15
0
Fonte de l’eau à pression atmosphérique
327
54
Température atmosphérique maximale enregistrée sur Terre*
373,15
100
Ébullition de l’eau à pression atmosphérique
400
127
Température du nez d’un Concorde en croisière*
483
200
Four domestique ordinaire*
485
210
Auto-inflammation du carburant diesel*
753
480
Bords d’attaque d’un sr-71 en croisière*
1 100
830
Feu de bois*
1 900
1 600
Bouclier d’une navette spatiale en rentrée atmosphérique*
2 500
Filament d’une lampe à incandescence
5 000
Fonte du diamant (à 12 GPa)
5 800
Surface du soleil
16 ⋅ 10 6
Centre du soleil
3 ⋅ 10 9
Au sein de la déflagration d’une arme nucléaire
3 ⋅ 10 9
Cœur d’une grosse étoile à son dernier jour
1 ⋅ 10 12
Particules en collision au sein du RHIC
1,417 ⋅ 10 32
L’univers 5,391 ⋅ 10 −44 s après le Big Bang
Tableau 1.1 – Quelques exemples de températures. Les valeurs les moins
précises, dénotées par un astérisque, sont converties approximativement.
1.4.2 La chaleur
« Ces résultats sont inexplicables
si nous considérons que la chaleur est
une substance. »
James Joule, 1845
On the Changes of Temperature
Produced by the Rarefaction and
Condensation of Air [8]
« Ces circonstances [...] nécessitent
une comparaison entre travail et chaleur, qu’il nous faut effectuer en partant
de l’hypothèse divergente que la production de travail est due non seulement à un changement dans la distribution de la chaleur, mais aussi à
une consommation de celle-ci ; et inversément, que par la consommation
de travail la chaleur puisse être produite. »
Rudolf Clausius, 1850 [10, 11, 21]
Lorsque l’on met deux corps de températures différentes en contact, leurs
températures ont tendance à s’égaliser au cours d’un transfert spontané
d’énergie. Nous appelons cette forme d’énergie chaleur.
La chaleur, notée í µí±, est une forme d’énergie (mesurée en joules). À
l’échelle macroscopique, c’est un transfert d’énergie sous forme chaotique.
On peut le provoquer de plusieurs façons, dont les plus pertinentes pour
l’ingénieur/e sont :
• la perte d’énergie interne d’un corps, par mise en contact avec un corps
de température plus basse ;
• le frottement ;
• la disparition de masse au sein d’une réaction nucléaire ;
• la transformation d’énergie potentielle entre atomes, par réaction chimique (en particulier la combustion d’hydrocarbures avec l’oxygène atmosphérique).
De même que l’on note í µí± la chaleur (J), on note í µí± la chaleur spécifique
(J kg
−1 ).
La notion de chaleur est très difficile à appréhender. On l’a longtemps crue
être un fluide (le calorique) de densité très faible, capable d’imprégner tous
les matériaux. Cette théorie a été abandonnée au milieu du xix e siècle,
lorsque l’on a mis en évidence que la chaleur n’est pas conservée, c’est-à-dire
qu’elle a une capacité à disparaître ou apparaître. Par exemple, un moteur
en marche reçoit de la chaleur (par combustion) mais il en rejette moins
qu’il n’en a reçu. Il en transforme une partie en travail, que l’on utilise par
exemple pour propulser un véhicule.
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen