mardi 10 février 2015

ATELIER SCIENTIFIQUE : Les échanges thermiques et les pertes de chaleur

Premier module "Abris et thermorégulation" pour l'atelier scientifique "La Science de la Survie".

OBJECTIFS :
1 - Comprendre la façon dont se réalisent les échanges thermiques.
2 - Comprendre les pertes de chaleur du corps humain.
3 - Édifier un abri de survie pour limiter ces pertes de chaleur

Dans ces deux premières séances, nous avons pu constater les phénomènes de conduction, convection et de rayonnement à l'aide de petites expériences :

1 - Conduction de la chaleur par différents matériaux

Des objets de matériaux différents sont placés sur la grille du radiateur, lesquels conduisent le mieux la chaleur ?


La conduction de la chaleur se fait par contact. C'est bien la chaleur qui est transmise (et non le froid).

2 - Convection des fluides :

On réalise une solution de couleur bleue en mélangeant du colorant alimentaire bleu avec de l'eau froide.
On réalise une solution de couleur rouge en mélangeant du colorant alimentaire rouge avec de l'eau chaude.

La solution bleue (froide) est plongée dans de l'eau chaude.
La solution rouge (chaude) est plongée dans de l'eau froide.


On constate que le liquide chaud (rouge) s'élève dans le liquide froid.
Le liquide froid (bleu) stagne au fond du liquide chaud, c'est d'autant plus visible lorsque l'on renverse l'erlenmeyer.




Le fluide coloré est ici l'eau, l'air est également un fluide et il se produit les mêmes phénomènes dans l'atmosphère.

Lorsque de l'air chaud s'élève et que de l'air froid redescend, il se forme une cellule de convection. L'air est alternativement réchauffé et refroidi et se met en mouvement en formant une boucle appelée "cellule de convection".

Exemple de la convection dans un récipient chauffé par le dessous. Source : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/36/Convection_casserole.png/250px-Convection_casserole.png


La convection des fluides permet de réaliser une petite expérience avec un moulin en papier. L'air réchauffé par les mains s'élève et entraîne les pales du moulin, déclenchant sa rotation.


La convection est un déplacement de matière (eau ou air), le fluide chaud (moins dense) s'élève, le fluide froid (plus dense) descend, il se met alors en place une cellule de convection.

3 - Le rayonnement

C'est un transfert de chaleur sans contact, sans déplacement de matière mais par le biais de rayons (infra-rouges). Tout corps chaud rayonne dans l'infra-rouge (imagerie thermique).

Source : http://img0.mxstatic.com/corps/le-monde-vu-avec-un-appareil-d-imagerie-infrarouge-frontale_68038_w620.jpg
Les rayons sont plus ou moins absorbés par des surfaces de couleurs différentes, les couleurs sombres transforment ces rayonnement en chaleur plus efficacement.

La prochaine fois : Les pertes de chaleur du corps humain.

Nous réfléchirons à la façon dont on peut limiter ces pertes de chaleur grâce à la construction d'un abri de survie.
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