TP: La température, mais pourquoi en parle-t-on autant ?

Températures mesurées et températures ressenties, comment peut-on expliquer ce phénomène?

En été, nous avons chaud, et nous suons; en hiver, nous avons froid, et nous grelotons, autrement dit nous échangeons en permanence de la chaleur avec notre environnement.

Comment ces échanges thermiques entre notre corps et notre environnement se font-ils?

Nous allons essayer de savoir lesquels de ces modes de transfert, conduction, convection et rayonnement sont mis en jeu des différentes situations.

Ce travail expérimental fera l’objet d’une évaluation; il faut donc rendre ce travail, une copie par binôme.

Vous disposez : 

• d’un thermomètre à infrarouges sur mode “Surface temp”: ce mode est celui de la température de surface de votre corps, pas la température interne;
• d’un thermomètre avec une sonde métallique;
• de 2 béchers de 200ml ;
• un gant anti-brûlure;
• un bec électrique;
• d’un sèche-cheveux ;
• un ventilateur pour l’ensemble des élèves;
• d’une lampe à incandescence;
• d’une lingette propre;

Principe : A l’aide d’un thermomètre infrarouge sur “Surface temp”, relevez la température de la peau au niveau votre avant-bras dans les différentes conditions expérimentales décrites ci-dessous:

• Prenez la température de votre avant-bras en condition standard c’est à 2cm de la peau ;
• Prenez la température de votre avant-bras après un contact de 30 secondes entre la peau et un bécher rempli d’eau à 45°C ;
• Prenez la température de votre avant-bras après un contact de 30 secondes entre la peau et un bécher rempli d’eau à 4°C ;
• Prenez la température de votre avant-bras après avoir soufflé sur votre peau un air chaud à l’aide du sèche-cheveux pendant quelques secondes (Attention aux brûlures) ;
• Prenez la température de votre avant-bras après avoir soufflé sur votre peau un air froid à l’aide du sèche-cheveux pendant quelques secondes;
• Prenez la température de votre avant-bras après 30 secondes passées à quelques cm de la lampe (Attention danger de brûlure) ;
• Prenez la température de votre avant-bras quelques secondes après avoir mouillé votre peau avec l’eau d’une lingette à 37°C que vous aurez laissé 20 secondes sur votre peau.

Attention à la rigueur scientifique :

• Faire plusieurs fois la même mesure de température pour calculer une valeur moyenne.
• Toujours mesurer la température au même endroit et à la même distance;
• N’oubliez pas les règles sanitaires vis-à-vis du Covid;
• Préparer un tableau pour noter vos résultats.

Présentez vos résultats et interprétations sous forme d’un tableau :

• avec les conditions expérimentales,
• les différentes mesures de température,
• et le mode de transfert, conduction, convection et rayonnement pour chaque condition expérimentale, en justifiant.

Conclusion : Quels sont les modes de transfert qui vous semblent les plus efficaces? Justifiez

Points bonus, pour ceux qui ont fini à l’avance:

Bonus 1-Expliquer sur quel mode de transfert de la chaleur les phoques agissent-ils pour résister à des températures glaciales.

Extrait de Schmidt-Nielsen, Physiologie animale.

Bonus 2-Expliquer sur quel mode de transfert de la chaleur les manchots agissent pour résister à des températures glaciales.

Extrait de Schmidt-Nielsen, Physiologie animale.

Bonus 3-Quel type de rayonnement votre corps émet-il ? Trouvez-le grâce à la loi de Wien.

• La physique nous apprend que tout corps au-dessus du 0 degré absolu émet un rayonnement qui dépend de sa température.

• La loi de Wien se déduit de la loi de Planck du rayonnement du corps noir : à une température T donnée, l’énergie W (λ) passe par un maximum (Wmax) pour une longueur d’onde λmax

Loi de Wien : λ­­­­_max = (2,898.10^-3) / T

T : La température de notre corps (mais attention) en degrés Kelvins

Bonus 4-Expliquez pourquoi de la brume se forme au-dessus d’un lac le matin en automne (précision: la nuit, la température de l’air passe en dessous de la température de l’eau)

Aller plus loin: ne pas confondre chaleur et température

• La température d’un organisme exprime le niveau moyen d’énergie cinétique de ses molécules dans le cadre d’une échelle arbitraire.
• L’échelle la plus couramment utilisée est le degré Celsius.
• La chaleur est une quantité d’énergie qui permet d’augmenter la température d’un corps.
• En biologie, on l’exprime couramment en calories et sa définition correspond à la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température d’un gramme d’eau de 1°C.