Qu'est-ce que l'équilibre thermique?
L'équilibre thermique est atteint lorsque la quantité de chaleur qui entre dans un système est égale à la quantité de chaleur qui en sort. La température globale d'un système en équilibre thermique reste stable dans le temps. Dans certains cas, le terme bilan énergétique peut être utilisé à la place. Les systèmes dans les domaines de la biologie, de la géologie, de la fabrication et de la conception des vaisseaux spatiaux doivent souvent être maintenus à des températures stables pour fonctionner correctement.
L'homéostasie chez les animaux inclut le concept de maintien de la température interne de l'animal relativement stable. Dans de nombreux organismes, y compris les mammifères et les oiseaux, la quantité de chaleur présente dans l'organisme doit rester constante, car même de légères fluctuations de chaleur peuvent provoquer la mort de l'organisme. Les animaux perdent de la chaleur par la peau et génèrent de la chaleur par leur métabolisme pour compenser les températures extérieures en hausse et en baisse. Lorsque la quantité de chaleur dégagée par l'animal et la quantité de chaleur générée ou absorbée par l'animal sont relativement égales, cet animal est dans un état d'équilibre thermique.
En géologie, le terme bilan thermique désigne la quantité de chaleur absorbée et libérée par une planète entière. Une planète est chauffée par le soleil et, dans une faible mesure, par la libération de magma du noyau de la planète. La planète renvoie une partie de cette chaleur dans l'espace. Le bilan thermique est un concept géologique important car, si la planète ne se trouve pas dans un état d'équilibre relatif en ce qui concerne la chaleur, les températures moyennes peuvent augmenter ou diminuer, créant ainsi un réchauffement ou un refroidissement global. Même un léger changement dans le bilan thermique d'une planète peut affecter les organismes qui l'habitent.
Le bilan thermique est un concept important en ingénierie car de nombreuses machines ne fonctionneront que dans une certaine plage de températures. Les dispositifs appelés dissipateurs de chaleur permettent de dissiper la chaleur excédentaire des composants électriques afin que les machines puissent maintenir une température stable. De même, les engins spatiaux doivent maintenir des températures relativement stables mais sont exposés à plus de chaleur lorsqu'ils se déplacent vers une source de chaleur, telle que le soleil ou une planète. La conception de ces embarcations avec des systèmes d'équilibrage de chaleur adaptables leur permet de continuer à fonctionner tout au long de leur parcours dans l'espace.
Lorsque les ingénieurs conçoivent des usines, le bilan thermique des opérations de l'usine doit être pris en compte. Dans de nombreux cas, une usine émet de la chaleur sous forme de fumée ou de vapeur. Cela pourrait gaspiller de l'énergie que l'usine pourrait recycler, ce qui réduirait les coûts d'exploitation. Une usine avec un bon équilibre thermique trouve une utilisation pour la majeure partie de la chaleur supplémentaire qu’elle crée.