Description de l'image : La chaleur produite dans le cœur du Soleil est transportée vers la surface par convection et par rayonnement.
La convection transfert les atomes de gaz du cœur à 15 millions de Kelvin vers la surface (photosphère) à 6 000 K à travers les différentes couches du Soleil. Ce mouvement de gaz chaud est visible à la surface du Soleil sous forme de cellules de convection.
Le transfert de chaleur par rayonnement se produit lorsque les photons gamma créés dans le cœur interagissent avec les électrons des atomes de gaz chaud en cours de déplacement vers la surface. Ces interactions répétées finissent par transférer la chaleur vers la surface du Soleil, où elle est finalement rayonnée dans l'espace sous forme de lumière visible et de chaleur infrarouge, avec une température effective de 5 500 à 6 000 Kelvin.
La chaleur et la température sont deux concepts différents en thermodynamique mais étroitement liés.
La température est une mesure de l'agitation moléculaire d'un objet, tandis que la chaleur est une forme d'énergie qui est transférée entre deux corps ayant des températures différentes. Ainsi, la température est une grandeur intensive qui ne dépend que de l'état thermodynamique d'un objet, tandis que la chaleur est une grandeur extensive qui dépend de la quantité de matière et de la variation de température.
En d'autres termes, la température mesure l'agitation thermique moyenne des molécules d'un objet, tandis que la chaleur mesure la quantité d'énergie transférée entre deux objets ayant des températures différentes.
La température est une grandeur physique qui mesure l'agitation moléculaire d'un corps ou d'un système.
Cette agitation thermique correspond au mouvement aléatoire des molécules qui est directement lié à la température du corps ou du système. Dit plus simplement, cette grandeur peut être mesurée en degrés Celsius (°C) ou en kelvins (K) à l'aide d'un thermomètre.
L'équation de la température d'agitation thermique d'un corps correspond à l'énergie cinétique moyenne des particules.
E = ½m v² où E est l'énergie cinétique moyenne d'une particule, m sa masse et v sa vitesse moyenne.
Selon la théorie cinétique des gaz, l'équation ci-dessous montre que la vitesse des particules dans un gaz augmente avec la température.
v = sqrt((3 * k * T) / m) où T est la température du gaz, k est la constante de Boltzmann (1,38 x 10^-23 joules par kelvin) et m est la masse de la particule.
L'équation ci-dessous montre que l'énergie cinétique moyenne des particules d'un gaz est proportionnelle à la température absolue T. Ainsi, la température d'agitation thermique est directement liée à la température du système.
E = (3/2) * k * T où E est l'énergie cinétique, T est la température du gaz, k est la constante de Boltzmann.
La chaleur est une forme d'énergie qui est transférée d'un système à un autre en raison d'une différence de température.
La chaleur est mesurée en joules (J) ou en calories (cal), une calorie vaut environ 4,184 joules. Elle est transférée soit par conduction (contact direct), soit convection (contact par le mouvement d'un fluide) soit par rayonnement (transfert de chaleur sous forme d'ondes électromagnétiques).
Pour le transfert de chaleur par conduction, par exemple à travers une plaque plane d'épaisseur L, la loi de Fourier donne la quantité de chaleur Q qui est transférée par unité de temps à travers la plaque :
Q = -k * A * (dT/dx) où k est la conductivité thermique de la plaque, A est sa surface, dT/dx est le gradient de température le long de la plaque, et le signe moins indique que la chaleur est transférée de la région chaude vers la région froide.
Pour le transfert de chaleur par convection entre deux fluides, l'équation de transfert de chaleur locale de Newton donne la quantité de chaleur Q qui est transférée par unité de temps et de surface :
Q = h * A * (T1 - T2) où h est le coefficient de transfert de chaleur, A est la surface de contact entre les fluides, T1 et T2 sont les températures des deux fluides, et le signe moins est omis car la chaleur est transférée de T1 (fluide le plus chaud) vers T2 (fluide le plus froid).
Pour le transfert de chaleur par rayonnement entre deux corps, la loi de Stefan-Boltzmann donne la quantité de chaleur Q qui est émise par unité de surface d'un corps noir à la température T1 et qui est reçue par unité de surface d'un autre corps noir à la température T2 :
Q = σ * A * (T1^4 - T2^4) où σ est la constante de Stefan-Boltzmann (σ = 5,670 374 419 x 10^-8 W m^-2 K^-4) et A est la surface des deux corps.
Cette loi suppose que les corps sont des corps noirs parfaits, c'est-à-dire qu'ils absorbent toutes les radiations qui les atteignent et qu'ils émettent une radiation qui suit la loi de Planck, qui décrit le spectre d'émission de la radiation électromagnétique émise par un corps chaud.
N.B. : Ces équations ne sont pas toujours applicables en pratique, car les conditions de transfert de chaleur peuvent être complexes et dépendent souvent de nombreux paramètres, tels que la géométrie des corps, les propriétés thermiques des matériaux, la vitesse d'écoulement des fluides, etc.
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