Quel est le lien entre le rayonnement, la convection et la conduction?

Le rayonnement, la convection et la conduction sont trois manières différentes de transférer de la chaleur. La convection et la conduction nécessitent de la matière pour transférer la chaleur. Le rayonnement transfère la chaleur à travers l'espace sous forme d'énergie, sous forme d'ondes. Bien que ces trois méthodes de transfert de chaleur impliquent des principes différents, elles peuvent toutes être comprises sur la base de la physique de la chaleur, ou énergie thermique.

La matière est composée de particules qui interagissent pour transférer de l'énergie thermique. Lorsqu'un matériau de température plus élevée entre en contact avec un matériau de température plus basse, la chaleur circule du matériau le plus chaud au plus froid. Ce processus se poursuivra jusqu'à ce que les deux matériaux atteignent la même température et atteignent un état d'équilibre thermique.

En conduction, une pièce de matière plus chaude entre en contact avec une pièce de matière plus froide et la chaleur circule de la région la plus chaude vers la région la plus froide. La chaleur est conduite parce que les particules à mouvement rapide de la matière plus chaude transfèrent de l'énergie aux molécules plus froides et à mouvement plus lent de la matière plus froide. La capacité d'un matériau à conduire la chaleur dépend de sa structure moléculaire et de sa consistance. Par exemple, les métaux sont de meilleurs conducteurs de chaleur que le bois et les solides sont de meilleurs conducteurs de chaleur que les liquides.

La convection transfère la chaleur selon un principe différent du mouvement des particules. Lorsque les particules possèdent une grande quantité d’énergie thermique, celle-ci se déplace plus rapidement et s’étale, rendant le matériau moins dense. Les particules dans une région plus froide ont moins d'énergie et se déplacent lentement, entraînant une plus grande densité. Dans les fluides et les gaz, ce principe entraîne un affaissement des régions plus froides du matériau vers le bas, tandis que des régions plus chaudes s’élevent vers le haut.

Un courant est formé par la circulation de fluide ou de gaz dans cette configuration. Ceci s'appelle un courant de convection. Dans l'atmosphère, par exemple, l'air froid coule pendant que l'air chaud monte, produisant une circulation.

La troisième méthode de transfert de chaleur, le rayonnement, n’importe pas et ne dépend pas de l’interaction des particules. Un exemple est le rayonnement solaire. La chaleur du soleil atteint la terre malgré son passage dans le vide de l'espace. Dans le cas des rayonnements, l'énergie thermique existe sous forme d'ondes. C'est un type de rayonnement électromagnétique, comme la lumière visible.

Les atomes absorbent l'énergie du rayonnement par l'intermédiaire de leurs électrons, qui utilisent l'énergie pour se déplacer à un niveau supérieur de l'atome. Cette énergie peut être émise à nouveau lorsque l'électron tombe à son niveau d'origine. La température d'un objet en présence de rayonnement dépend de la quantité d'énergie absorbée par rapport à la quantité émise. Ainsi, un objet qui absorbe plus d'énergie qu'il n'en émet montera en température.