Karamö, le prof virtuelLeçon 6 sur 18
Température et chaleur
Je sais mesurer une température avec un thermomètre et je sais que la chaleur passe toujours du corps chaud vers le corps froid.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Savoir que le toucher ne suffit pas pour comparer des températures
- Utiliser et lire un thermomètre en degrés Celsius
- Distinguer la température (un état) et la chaleur (une énergie qui se transfère)
- Connaître les trois modes de transfert de la chaleur : conduction, convection, rayonnement
Avant de commencer : Les états de la matière (solide, liquide, gaz).
1Je découvre
En décembre, l'harmattan souffle sur Faranah. Le matin, Hawa sort de la maison en frissonnant : « Il fait froid ! » Son cousin Lansana, venu de Conakry, rit : « Tu appelles ça froid ? » À midi, le soleil tape fort et la tôle du toit devient brûlante.
À la maison, leur grand-mère prépare le thé. Elle pose la théière sur le feu de charbon : l'eau devient de plus en plus chaude. Hawa touche la poignée métallique de la marmite voisine et retire vite la main ; la cuillère en bois, elle, n'est pas chaude.
Le soir, le petit frère a le front chaud. La mère dit : « Il a de la fièvre. » Mais Hawa se demande : peut-on vraiment savoir, rien qu'avec la main, s'il fait « chaud » ou « froid » ?
Comment mesurer exactement à quel point un corps est chaud ou froid, et qu'est-ce que la chaleur qui passe du feu à la théière ?
2Je comprends
1. Le toucher nous trompe
Fais cette expérience. Prépare trois bols : un d'eau froide, un d'eau tiède, un d'eau chaude (mais pas brûlante !). Plonge la main droite dans l'eau froide et la main gauche dans l'eau chaude pendant une minute. Puis plonge les deux mains dans l'eau tiède.
Résultat : la main droite trouve l'eau tiède chaude, la main gauche la trouve froide. Pourtant, c'est la même eau ! Notre peau compare avec ce qu'elle a touché avant : elle ne donne pas une mesure fiable. Il faut un instrument de mesure.
2. La température et le thermomètre
La température indique à quel point un corps est chaud ou froid. On la mesure avec un thermomètre. En Guinée, comme dans la plupart des pays, on l'exprime en degrés Celsius, symbole °C.
L'échelle Celsius repose sur deux repères, pour l'eau pure sous la pression atmosphérique normale :
- 0 °C : température de la glace fondante ;
- 100 °C : température de l'eau bouillante.
Il existe des températures inférieures à 0 °C (on les écrit avec un signe moins : −10 °C, dans un congélateur par exemple) et des températures bien supérieures à 100 °C (la flamme d'un feu de bois).
Le thermomètre à liquide est un tube de verre très fin avec un réservoir rempli d'un liquide coloré (souvent de l'alcool). Quand la température monte, le liquide se dilate (son volume augmente) et monte dans le tube ; quand elle baisse, il se contracte et descend. On lit la graduation en face du haut de la colonne.
Il existe aussi le thermomètre médical (souvent électronique aujourd'hui), qui mesure la température du corps humain, et les thermomètres électroniques à affichage.
Méthode
Pour mesurer une température avec un thermomètre à liquide :
- Je vérifie que la graduation couvre la température à mesurer.
- Je plonge le réservoir dans le liquide (ou je le place dans l'air), sans toucher le fond ni les parois du récipient.
- J'attends que la colonne ne bouge plus.
- Je lis la graduation en face du haut de la colonne, l'œil à la même hauteur.
- J'écris le résultat avec l'unité : θ = … °C.
Exemple
Le thermomètre de l'école indique 24 °C à 7 h et 35 °C à 14 h.
Question : de combien la température a-t-elle augmenté ?
Réponse : 35 − 24 = 11.
La température a augmenté de 11 °C.
Exemple
Un soir de décembre, le thermomètre indique 18 °C dans la cour. En pleine journée, il indique 33 °C.
Question : quel est l'écart de température ?
Réponse : 33 − 18 = 15. L'écart est de 15 °C.
Remarque : la main de Hawa disait « il fait froid » à 18 °C, ce que Lansana ne trouvait pas froid. Le thermomètre, lui, donne la même valeur pour tout le monde.
3. La chaleur : une énergie qui passe d'un corps à l'autre
Quand on pose la théière sur le feu, le feu cède quelque chose à l'eau, et la température de l'eau monte. Ce qui passe du feu à l'eau s'appelle la chaleur.
La chaleur est une forme d'énergie qui passe toujours spontanément du corps le plus chaud vers le corps le plus froid. Elle s'exprime en joules (J), l'unité d'énergie.
Ce transfert continue jusqu'à ce que les deux corps aient la même température : on dit qu'ils sont en équilibre thermique. Un verre de thé chaud posé sur la table se refroidit jusqu'à la température de la pièce ; une bouteille d'eau fraîche se réchauffe jusqu'à la même température.
Il ne faut donc pas confondre :
| Température | Chaleur |
|---|---|
| dit si un corps est chaud ou froid | énergie qui passe d'un corps à un autre |
| se mesure avec un thermomètre | se transfère du chaud vers le froid |
| unité : degré Celsius (°C) | unité : joule (J) |
Recevoir de la chaleur peut faire monter la température d'un corps, ou le faire changer d'état (la glace qui fond) : tu l'étudieras dans la leçon suivante.
4. Les trois modes de transfert de la chaleur
- La conduction : la chaleur avance de proche en proche dans un solide. La poignée métallique de la marmite devient chaude, car les métaux sont de bons conducteurs de la chaleur. Le bois, le plastique, le tissu, l'air sont de mauvais conducteurs (des isolants thermiques) : c'est pourquoi les poignées sont souvent en bois ou en plastique.
- La convection : dans un liquide ou un gaz, la partie chauffée monte et la partie froide descend, ce qui crée un mouvement qui mélange. C'est ainsi que toute l'eau de la théière se réchauffe.
- Le rayonnement : la chaleur voyage sans contact, même à travers le vide. C'est ainsi que la chaleur du Soleil nous parvient et chauffe la tôle du toit, ou que l'on sent la chaleur d'un feu de bois à distance.
- fer, aluminium, cuivre
- marmite, tôle du toit
- chauffent vite au contact du feu
- bois, plastique
- poignée, manche de cuillère
- protègent la main de la brûlure
3Je retiens
Je retiens
Le toucher ne permet pas de mesurer une température : on utilise un thermomètre.
La température s'exprime en degrés Celsius (°C) : 0 °C glace fondante, 100 °C eau bouillante.
Dans un thermomètre à liquide, le liquide se dilate et monte quand la température augmente.
La chaleur est une énergie (en joules) qui passe toujours du corps chaud vers le corps froid, jusqu'à l'équilibre thermique.
Trois modes de transfert : conduction (solides), convection (liquides et gaz), rayonnement (sans contact, Soleil).
Les métaux sont de bons conducteurs de la chaleur ; le bois, le plastique, l'air sont des isolants.
4Erreurs fréquentes
- Confondre température et chaleur : la température se mesure en °C, la chaleur est une énergie en joules.
- Croire que le froid « entre » dans une boisson : c'est la chaleur de la boisson qui sort vers le corps plus froid.
- Toucher le fond du récipient avec le thermomètre : on mesure alors la température du récipient, pas celle du liquide.
- Lire le thermomètre dès qu'on l'a plongé : il faut attendre que la colonne soit stable.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Recopie et complète :
a) On mesure la température avec un …
b) L'unité de température utilisée en Guinée est le …, de symbole …
c) La chaleur passe toujours du corps le plus … vers le corps le plus …
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a) On mesure la température avec un thermomètre.
b) L'unité est le degré Celsius, de symbole °C.
c) La chaleur passe toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid.
2Exercice 2
Donne le mode de transfert de la chaleur (conduction, convection ou rayonnement) dans chaque cas :
a) on sent la chaleur du Soleil sur la peau ;
b) le manche en fer d'une louche devient chaud dans la sauce ;
c) l'eau chaude monte et l'eau froide descend dans une casserole sur le feu.
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a) Rayonnement.
b) Conduction.
c) Convection.
3Exercice 3
Mamadou mesure la température de l'eau d'un canari (jarre en terre) : 26 °C. Celle de l'eau d'un bidon laissé au soleil : 38 °C.
a) Quelle eau est la plus fraîche ?
b) Calcule l'écart de température entre les deux eaux.
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a) L'eau du canari est la plus fraîche (26 °C est inférieur à 38 °C).
b) Écart : 38 - 26 = 12 °C.
4Exercice 4
Aïssatou verse du thé à 80 °C dans un verre, dans une pièce à 30 °C.
a) Dans quel sens la chaleur passe-t-elle : du thé vers l'air ou de l'air vers le thé ?
b) Jusqu'à quelle température le thé va-t-il descendre si on l'oublie longtemps ? Comment s'appelle cet état ?
c) De combien de degrés le thé se sera-t-il alors refroidi ?
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a) La chaleur passe du thé (le plus chaud, 80 °C) vers l'air de la pièce (30 °C).
b) Le thé descend jusqu'à 30 °C, la température de la pièce : c'est l'équilibre thermique.
c) 80 - 30 = 50 : le thé se sera refroidi de 50 °C.
5Exercice 5
Kadiatou veut acheter une marmite. Elle hésite entre une marmite en aluminium avec des poignées en aluminium et une marmite en aluminium avec des poignées en bois.
a) Pourquoi le corps de la marmite est-il en aluminium ?
b) Quelle marmite lui conseilles-tu ? Justifie avec le vocabulaire de la leçon.
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a) L'aluminium est un métal, bon conducteur de la chaleur : la chaleur du feu passe vite jusqu'aux aliments.
b) Je lui conseille la marmite à poignées en bois : le bois est un mauvais conducteur de la chaleur (isolant thermique). Les poignées restent peu chaudes et elle ne se brûlera pas en saisissant la marmite.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.
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