Thème 3-Mécanismes de transfert de chaleur

Question 1

Température

Answer 1

• Mesure de l’énergie cinétique (degré d’agitation des atomes)
• N’est pas une mesure du contenu en énergie
• Température n’égale pas chaleur

Question 2

Chaleur

Answer 2

• Mesure absolue d’énergie
• Quantité de calories pour chaque augmentation de 1 degré celcius par d’eau
• 1 calorie=4,18 joules

Question 3

Gain de chaleur

Answer 3

Chaleur= variation de température * capacité calorifique * masse
- Quantité d’énergie requise pour augmentater la température

Question 4

Capacité calorifique (chaleur spécifique)

Answer 4

Quantité d’énergie à apporter par échange thermique pour augmenter d’1 degré la température pour chaque unité de masse d’un substrat donné

• La masse d’un animal joue sur la vitesse de réaction, car plus un animal est gros, plus on a besoin d’énergie pour augmenter d’1 degré celcius
• air : 0,24 calories/g*degré celcius
• mammifères : 0,83 calories/g*degré celcius

Question 5

Transfert de chaleur

Answer 5

• Règle de base 1
  Du chaud vers le froid
• Règle de base 2
  Le flux de chaleur (Q) est proportionnel à la différence de température entre deux corps
  Q=variation de température
  en calories/sec ou joules/sec (si on multiplie par 4,18 pour nous donner des watt thermique)
• Plus l’écart de température entre deux corps est grand, plus le transfert de chaleur se fera rapidement
• À l’inverse, si deux corps ont une température semblable, le transfert de chaleur se fera plus lentement

Question 6

Tranfert de chaleur-Conduction

Answer 6

• Transfert d’énergie par énergie cinétique, par contact direct entre deux corps
• Q=CA((T2-T1)/L)
  où Q=flux de chaleur;
  C=conductivité thermique (ou conductance)
  J/cmCelciussec, en lien avec le matériau (eau conduit 24,6 fois plus que l’air);
  A=Surface d’échange de chaleur (cm2)
  plus la surface est élevée, plus l’échange se fait rapidement;
  L=Longueur de l’écart entre la surface et le point de chaleur

Question 7

Transfert de chaleur-Implications de la conduction

Answer 7

Q augmente si :

• la surface d’échange augmente (A augmente)
• un matériau + conducteur est utilisé
• l’écart de température augmente

Q diminue si:
- la distance entre les deux corps augmente (L augmente)

Question 8

Comment un animal peut modifier le flux de chaleur (Q)?

Answer 8

1. En milieu froid
   A: se mettre en boule pour diminuer la surface d’échange
   C: avoir une fourrure dense pour diminuer la conductivité
   L: avoir une fourrure avec de longs poils pour augmenter la distance entre la peau et l’air
   T: sélection d’une environnement thermique chaud ou diminution du métabolisme
2. En milieu chaud
   A: faire l’étoile pour augmenter la surface d’échange
   C: avoir une courte fourrure pour augmenter la conductivité
   L: avoir une fourrure moins dense ou aucun poil pour réduire la distance entre l’air et la peau
   T: sélection d’un environnement thermique froid ou neutralité au niveau du métabolisme

Question 9

Transfert de chaleur-Conduction et adaptations comportementales

Answer 9

1. Danse thermique
   Permet de réduire le contact avec la surface chaude (diminuer A)
2. Sidewinding
   Seulement 2 points de contact avec la surface chaude (diminuer A)
   Se produit quand gain de chaleur avec le sol < l’énergie dépensée pour se déplacer

Question 10

Transfert de chaleur-Convection

Answer 10

• Cas spécial de conduction dans les fluides (eau, vent) car le mouvement des fluides (brassage des mlécules) accélère la conduction

1. Convection forcée
   Mouvement du fluide (eau, vent)
   Les molécules qui ont récemment été chauffées remontent tandis que les molécules d’air froid sont plus lourdes donc elles descendent.
2. Convection libre
   Changement de densité du fluide

Question 11

Transfert de chaleur-Convection (Étapes)

Answer 11

1. L’air froid se réchauffe au contact du corps chaud de l’animal par conduction
2. Les molécules d’air qui ont été réchauffées changent de densité et s’élève par convection
3. L’air autour de l’animal sera renouvellé rapidement par de l’air froid (car plus dense donc plus lourd donc descendent quand air chaud cède sa place), ce qui accélère la perte de chaleur par conduction

Question 12

Transfert de chaleur-Convection et température ressentie

Answer 12

• Le mouvement de fluide affecte la température
• Ex: le refroidissement éolien (mouvement des molécules causé par le vent change la température ressentie par l’animal).

Question 13

Transfert de chaleur-Radiation

Answer 13

• Transfert de chaleur sans contact direct entre deux corps
• Source principale : lumière visible émise par le soleil
• Un corps noir absolu absorbe toutes les longueurs d’onde, il n’y a aucune réflection (absorptivité 100%)
• Un miroir réflète toutes les longueurs d’ondes, il n’y a aucune absorption (absorptivité 0%)
• Ainsi, un animal noir absorbe plus de chaleur par la lumière du soleil tandis qu’un animal clair réfléchit une grande partie du rayonnement.
• Il peut y avoir modulation du gain en énergie en changeant sa couleur

Question 14

Transfert de chaleur-Radiation et basking

Answer 14

Augmenter sa surface d’échange en s’exposant aux rayons

Question 15

Transfert de chaleur-Radiation infrarouge

Answer 15

• Les infrarouges sont émises par tout le corps.
• Ainsi un animal émet et reçoit des radiations infrarouges
• C’est subtil, mais souvent sournois

Question 16

Transfert de chaleur-Évaporation

Answer 16

Mécanisme unidirectionnel de perte de chaleur

• Chaleur évaporée=masse d’eau*chaleur de vaporisation
• Chaleur de vaporisation ?
  Quantité de chaleur nécessaire pour évaporer 1 g d’eau: 580 cal ou 2424 J

Question 17

Transfert de chaleur-Évaporation et transpiration

Answer 17

-Accélère le transfert de chaleur par évaporation
- Pourquoi on a transpiration ?
Hypothèse 1: le cerveau travaille constamment et il produit beaucoup de chaleur. La transpiration sert à diminuer cette chaleur constamment produite
Hypothèse 2: Nos ancêtres primates voulaient éviter les prédateurs chassant la nuit. Ainsi, ils ont décidé d’utiliser la niche où il fait soleil et il fait chaud: évolution de la transpiration
- Contrainte?
Ne peut pas avoir de fourrure, ou seulement une fourrure peu abondante

Question 18

Transfert de chaleur-Évaporation et halètement

Answer 18

• Accélère l’évaporation en augmentant la convection forcée par la circulation d’air
• Amener le sang chaud dans la bouche…la chaleur du sang se mélange avec l’eau dans la bouche… halètement… sortie de l’eau et donc de la chaleur
• Avantages ?
  Perte seulement d’eau et non de sels
  La peau reste chaude car l’évaporation se produit dans la bouche (moins grande surface d’échange donc moins de convection)
• Désavantages pour nous ne le sont pas pour eux
  Pas d’hyperventilation ni d’alcalose sanguine
  Pas de production de plus de chaleur, car leur fréquence respiratoire est élevée et elle a la même fréquence de résonnance que les fibres élastiques du système musculaire associé au système respiratoire. Donc, l’énergie produite par le muscle dans l’halètement est utilisée pour favoriser le prochain mouvement