Différence entre la conduction, la convection et le rayonnement (avec tableau)

Le phénomène physique de l’échange d’énergie thermique entre deux systèmes via la dissipation d’énergie est connu sous le nom de transfert de chaleur. Les principaux aspects de l’échange thermique sont la température et le flux thermique. La température détermine la quantité d’énergie thermique apportée et le flux de chaleur signifie le transfert d’énergie thermique.

L’énergie cinétique des particules est directement liée à l’énergie thermique à petite échelle. Les particules deviennent plus agitées à mesure que la température augmente, ce qui entraîne un mouvement linéaire et des vibrations. 

L'énergie est transférée des régions à énergie cinétique plus élevée vers les régions à énergie cinétique plus faible. Les différences de température peuvent être classées en conduction, convection et rayonnement. 

Conduction vs convection vs rayonnement

La principale différence entre la conduction, la convection et le rayonnement est que le transfert de chaleur s'effectue par contact direct en conduction. En revanche, en convection, le mouvement des molécules participe au transfert de chaleur. D’un autre côté, le rayonnement est le processus de dissipation de la chaleur via des ondes électromagnétiques. 

La collision moléculaire directe est la manière dont la conduction transmet la chaleur. L'énergie thermique sera transférée d'une zone avec une énergie cinétique élevée vers une zone avec une énergie cinétique insuffisante. Les particules ayant une vitesse plus rapide entreront en contact avec des molécules ayant une vitesse plus lente. En conséquence, l’énergie cinétique des particules les plus lentes augmentera.

Lorsqu'un milieu, comme l'air ou un liquide, est exposé à la chaleur et s'éloigne de la source, l'énergie thermique est emportée avec lui. La convection est le terme désignant cette forme de transmission de chaleur. Une surface chaude fait que le fluide qui la recouvre se dilate, devient moins dense et s'élève.

La dispersion des ondes électromagnétiques produit un rayonnement thermique. L'énergie est emportée de l'objet générateur par ces ondes. Le rayonnement peut se produire dans le vide ou via n'importe quelle substance transparente. Le rayonnement est une conséquence directe du déplacement aléatoire d'atomes ou de molécules. 

Tableau de comparaison entre la conduction, la convection et le rayonnement

Qu'est-ce que la Conduction ?

La conduction est le processus qui permet le transfert de chaleur entre les matériaux en raison des différences de température entre les sections adjacentes du matériau. Cela se produit lorsque la température des particules de matière augmente, provoquant d’intenses vibrations. 

Les particules entrent en contact avec des atomes et des molécules, les faisant vibrer, transportant de l'énergie thermique vers les parties proches de l'objet.

La conduction est le mouvement de l'énergie de l'objet le plus chaud vers l'objet le plus froid une fois que deux surfaces sont en contact direct. De plus, les conducteurs sont des éléments qui permettent à la chaleur de les traverser facilement.

Qu'est-ce que la convection ?

La convection est un type de transfert de chaleur qui se produit uniquement dans les fluides et est provoqué par le véritable mouvement des matériaux. Le terme « fluide » fait référence à tout milieu dans lequel des molécules telles que des liquides et des gaz peuvent se déplacer librement d'un endroit à un autre. Cela se produit naturellement, voire de manière intrusive.

La gravité joue un rôle essentiel dans la convection naturelle lorsqu'un fluide est chauffé par le dessous, provoquant l'expansion du composant le plus chaud. 

Le matériau le plus chaud augmente rapidement jusqu'à la flottabilité car il est moins lourd. En comparaison, le matériau plus froid tente de remplacer cela en s'enfonçant vers le fond en raison de l'augmentation de sa densité ; ainsi, la tendance se répète. Lorsqu’une substance est chauffée par convection, les molécules se dispersent et s’éloignent.

Qu'est-ce que le rayonnement?

Le rayonnement est un processus de transfert de chaleur qui n'implique pas l'utilisation d'un médiateur. Il implique le mouvement de l'énergie dans des ondes qui ne nécessitent pas le passage de molécules. Pour le transfert de chaleur, les objets n'ont pas besoin d'être en contact étroit les uns avec les autres. 

Les radiations vous procurent une sensation de chaleur même si vous ne touchez pas le sujet. De plus, le pigment, l’orientation de la surface et d’autres qualités de surface ont un impact significatif sur le rayonnement.

Cette procédure transmet l'énergie via des ondes électromagnétiques, appelées énergie radiante. Les objets chauds dans un environnement plus froid émettent de l'énergie thermique. L'énergie radiante peut se déplacer de son origine vers un environnement plus froid. 

Le rayonnement solaire, que nous recevons du soleil malgré sa distance, est l'exemple le plus remarquable de rayonnement.

Différences principales entre la conduction, la convection et le rayonnement

1. La conduction est le transport physique de chaleur dans les solides, la convection est le mouvement de chaleur entre les fluides et le rayonnement est le processus de transfert de chaleur via des ondes électromagnétiques.
2. La conduction se produit dans les solides, la convection se produit dans les liquides et les gaz et le rayonnement se produit dans tous les états de la matière, même dans le vide.
3. La conduction est plus lente que la convection, qui est plus rapide que le rayonnement.
4. La conduction et la convection ne suivent pas la règle de la réfraction et de la réflexion, contrairement au rayonnement.
5. La différence de température provoque une transmission de chaleur par conduction, tandis que la convection est provoquée par des différences de densité et que les températures supérieures à 0 K provoquent un rayonnement.
6. La conduction se produit dans les solides à la suite de collisions moléculaires. En revanche, la convection se produit dans les fluides en raison du flux de molécules, et le rayonnement se produit dans l'espace même sans échangeur de chaleur.

Conclusion 

Ainsi, la chaleur est le transfert d’énergie d’un système à un autre provoqué par une différence de température, qui peut se produire selon les méthodes suivantes : conduction, convection et rayonnement.

La thermodynamique est la science qui étudie la transmission de la chaleur et les transformations qui en résultent. Le flux de chaleur d’une région plus chaude vers une région plus froide est appelé conduction. La convection est le transfert de chaleur qui se produit lorsqu'un fluide monte et descend. Lorsque la chaleur traverse un espace vide, on parle de rayonnement.

Ces types de transmission de chaleur sont souvent mal compris, mais ils reposent sur diverses interactions physiques pour transmettre l'énergie.