CONTACT du CORPS HUMAIN avec la CHALEUR

-contact du corps humain avec la chaleur

Le contact de notre enveloppe corporelle avec le milieu où nous évoluons s'effectue par les 3 modes connus d'échanges thermiques :

 

1-le RAYONNEMENT (sur NOTRE PEAU)

On se fait bombarder par des rayons, donc ce mode de chaleur est dit par «rayonnements à effets thermiques» Ce sont des particules (photons) dont certaines nous apportent leur énergie cinétique qui se transforme en chaleur quand elles choquent notre peau (les autres photons apportent de l'énergie lumineuse et de l'énergie ionisante, qui ont d'autres rôles que de chauffer)

Le milieu dans lequel les photons transitent avant de rencontrer notre peau, n'a pas de rôle dans l’apport de la chaleur ressentie, car ces photons ne rencontrent que trop peu de molécules froides sur leur cheminement : on a toujours chaud au soleil (ou sous un tube infrarouge)même avec un air ambiant froid.

 

2.la CONDUCTION (sur NOTRE PEAU)

est la transmission de l’agitation des molécules d'un corps que l'on touche avec notre propre corps.Les chocs inter-moléculaires (énergie cinétique) sont en grande partie traduits en chaleur (donc sensation de froid si notre corps est plus chaud que le corps touché et sensation de chaud si notre corps est plus froid que le corps touché)

Donc la chaleur (énergie calorifique) transmise par conduction circule spontanément du chaud (molécules agitées) vers le froid (molécules tranquilles).

et ce mouvement (chaud >>> froid) est nommé gradient thermique

La conduction (échange d'énergie par contact statique) sera faible si l’on touche des corps mauvais conducteurs (isolants thermiques)

 

2.1.premier exemplele contact de notre peau avec un quelconque corps statique qui est à la même température que nous, devrait nous paraître sans effet,

dès lors que le temps a permisl’équilibre des températures. Toutefois si ce corps touché a une forte conductivité thermique, il absorbe facilement  notre énergie-chaleur dès le contact, pour se la répartir dans sa propre profondeur; il aspire nos calories-- et le contact nous paraît froid (les métaux, les pierres....)

C'est bien sûr le cas inverse pour les matériaux thermiquement isolants, dont la texture n'exprime pas de besoins de gavage d'énergie en profondeur (bois, tapis, étoffes...) et ils ne nous donnent pas d'impression de fraîcheur au toucher

2.2.second exempleune immersion (totale ou seulement partielle)de notre corps, sans rmouvement, dans une bassine d’eau chaude à température stable, provoque notre rapide échauffement grâce à la conduction. Si cette immersion est faite dans un volume d'air calme (appartement par exemple) la conduction est similaire mais plus lente.

--Dans le cas d'échauffement, elle devient douloureuse au-delà de 48° C.

Dans le cas de refroidissement, elle devient douloureuse en-deçà de 17° C

2.3.troisième exemplele contact avec un matériau qui véhicule des particules de très haute température, sans qu'on en ressente les effets

--par exemple on touche un tube fluorescent, dans lequel il y a un  plasma à 6000 degrés--

Le phénomène de conduction ne s’exprime qu'en fonction de l'énergie calorifique réellement échangée par notre peau avec la surface touchée sur le tube.Or celle-ci est faible, comme l’indique l’explication ci-après >> le vide qui règne dans un tel tube est de l'ordre de 10-6 Pa, ce qui correspond à 1016 particules au m3.Par contre, le tube lui-même -le matériau "verre"- a une densité particulaire bien supérieure (1024 particules au m) donc il n'y a que 1 particule de verre sur 108 qui acquiert une forte énergie calorifique, ce qui rend le verre partiellement isolant envers notre toucher.

En outre, il n'y a que 10 % des particules du plasma interne qui chauffent au même moment En plus, on ne touche en général qu’une très faible surface du tube (15 %)>>> tout cela nous ramène à ne toucher que 10-6 particule de chaleur active, donc le verre ne nous paraît pas chaud au contact, malgré les 6000° qu'il renferme

--autre exemple d'un forgeron, qui tient manuellement à un bout, un fer rougi à l'autre bout :

c’est cette fois dû au coefficient de transfert thermique du fer, qui ne permet pas la transmission de la haute chaleur de conduction aussi loin dans sa propre structure

 

3.la CONVECTION (sur NOTRE PEAU)

est un échange calorifique entre notre peau et le fluide en mouvement dans lequel elle baigne

C’est en fait une conduction mobile : le milieu est déformable et les molécules porteuses de chaleur se renouvellent rapidement en un même point de la peau et ce brassage modifie (vite) la température de peau en ce point.

En convection, la chaleur se dirige en général du haut vers le bas (car les éléments fluides sont soumis à la gravité)

3.1.premier exemple: on sent du froid lors d'une évaporation sur la peau, car la convection échauffe rapidement nos glandes sudoripares, et l'évaporation de la sueur provoque un changement d'état (sous forme d'enthalpie, une énergie thermique prise à la peau, assurant la transformation de sueur liquide en sueur vapeur)

3.2.second exemple on sent la chaleur augmenter quand un radiateur-convecteur reste allumé plus longuement dans une pièce

Il y a d’abord une convection entre le radiateur et l'air ambiant (toujours un peu mobile), puis répartition (statique) de la température dans les diverses zones du milieu, car de plus en plus de volumes d'air sont impliqués et ensuite intervient la convection entre l'air et notre peau (qui en général bouge)

 

EXEMPLE-TYPE de la CASSEROLE d’EAU CHAUDE

1.on ressent d'abord la chaleur du rayonnement apporté par les rayons thermiques issus de la source chaude (genre feu ou plaque électrique) qui échauffent par ailleurs une casserole contenant de l'eau

2.on ressent ensuite de la convection si l'on soulève le couvercle de la casserole , ce qui nous met en contact avec la vapeur d'eau

3.on soulève la casserole en évitant la conduction grâce à un manche isolant (peu conducteur)

4.on perçoit encore de la conduction, en trempant le doigt dans l’eau chaude de la casserole

5.on ressent de la convection quand la main passe dans la vapeur d’eau qui s’échappe

 

Cas PARTICULIER

on ressent une sensation de fraîcheur sur la langue, de la part de certains produits (comme le menthol).

Ce n'est pas là un problème thermique, mais chimique: certains récepteurs des papilles linguales excitent alors des sensibilités nerveuses (cependant différenciées)

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