Convection (physique)

“ La chaleur reçue par la convection des gaz enflammés est, au contraire, proportionnelle à la surface de contact, de sorte que la chaleur totale absorbée par la surface directe est la somme de deux quantités de chaleur, l'une proportionnelle à la surface de la grille et l'autre à la surface de chauffe.
Comme la radiation est, en général, plus importante que la convection, la chaleur totale transmise est bien loin d'être proportionnelle à la surface de chauffe directe.
Nous verrons plus loin (375) qu'en quadruplant la surface on augmente à peine la transmission de 50 p. 100. ”

“ La chaleur se propage donc, petit à petit, de l'extrémité chaude de la barre à l'extrémité froide et comme la température de la barre devient supérieure à celle de l'air ambiant, il se produit une perte de chaleur par la surface à cause du rayonnement et aussi par convection, à cause des courants d'air chaud qui partent de la barre. ”

“ La chaleur passe également par conduction d'un corps à un autre avec lequel il est en contact. On appelle coefficient de conductibilité extérieure
extérieure quantité de chaleur qui passe en 1 seconde à travers une surface de 1m 2, les deux corps étant maintenus à des températures différant de 1°.
L'étude de la conduction dans les liquides et les gaz est très difficile à cause de la mobilité de ces corps; l'échauffement d'une partie amène presque toujours la production de courants et la propagation se produit par convection en même temps que par conduction. ”

“ En réalité, si l'action se prolonge, malgré l'équilibre, malgré qu'il n'y ait plus de convection, le refroidissement gagne lentement les couches profondes (F.-A. Forel) par conduction : les liquides sont très peu conducteurs, ils le sont cependant un peu.
256. Poids des gaz. — La connaissance du poids spécifique d'un gaz dans des conditions déterminées de température et de pression permet de calculer le poids d'un volume donné. ”

“ Quand les différences de température (t0— t{) et (64 — 80) sont
MODES DIVERS DE TRANSMISSION DE LA CHALEUR. 143
faibles, on peut approximativement prendre dans la formule (1) , pour t et 9, les moyennes
ce qui donne
En combinant les équations (2) et (3) , on établit une relation entre les températures, le poids du fluide, la surface de transmission et le coefficient de convection.
Quand les variations de température sont un peu fortes, on ne peut plus procéder par moyennes; l'équation (1) n'est plus applicable qu'à un élément de surface ”

“ Les particules liquides ou gazeuses s'échaufferont à la source à température la plus élevée, puis, comme par essence même elles sont extrêmement mobiles, elles iront voyager jusqu'à la source froide où elles perdent leur chaleur pour recommencer ensuite le même parcours. La chaleur sera ainsi transportée par la matière en mouvement, c'est ce qu'on nomme la convection, par opposition à la conduction où la chaleur se transmet de proche en proche, à travers la matière immobile, les diverses particules chauffées transmettant la chaleur à leurs voisines plus froides. ”

“ Quand on chauffe un liquide dans un vase en plaçant le foyer au-dessous, la convection est très active et le liquide acquiert rapidement la même température en tous ses points. Si on le chauffait par le haut, la chaleur ne se propagerait que très lentement par conductibilité. La convection produit les courants marins dans l'océan; dans l'atmosphère, c'est la cause principale des vents réguliers. Les calorifères à eau sont une application de la convection. Voy. ”

“ R _F M1 M1 M1
P T t S1 S1 S1 S ps
50 1022,04 164,60 22326 13719 36 045 108 135 2162
73 1057,90 167,47 29 399 17808 47 208 141 624 1888
100 1082,38 169,88 35477 20987 56 464 169 392 1693
378. Foyer de calorifère. — Les parois de la cloche étant à une température sensiblement uniforme, on a, comme au n° 369
En admettant, comme nous l'avons dit (362) , que la convection intérieure est égale à la convection extérieure ou du moins que la différence est négligeable, on a
Substituant et remarquant que. ”

“ La convection est le phénomène qui se produit lorsque l'air des pièces venant lécher les parois chaudes des radiateurs s'empare de leur calorique, devient, plus léger et s'élève, cédant sa place à de l'air plus froid qui s'échauffe à son tour. ”

“ Les trois conditions solide, liquide et gazeuse représentées respectivement par la glace, l'eau et la vapeur, sont des états physiques qui résultent surtout de la température, et la constitution chimique de la vapeur reste inaltérée par une température bien supérieure au point d'ébullition, tandis que celle de la glace n'est affectée par aucun degré connu de froid. Néanmoins il arrive souvent que la chaleur, au lieu d'amener une modification purement physique, produit une altération chimique dans la substance. ”

“ À mesure qu’ils s’échauffent et se dessèchent, les vents alizés enlèvent à la mer et entraînent avec eux une quantité progressivement plus grande de vapeur ; ils lui enlèvent en même temps de la chaleur. La physique, en effets nous enseigne que l’eau ne peut passer, à l’état gazeux sans un emprunt considérable de chaleur. Mettez de l’eau à zéro sur un fourneau ardent, chauffez-la jusqu’à la faire bouillir, et continuez le feu jusqu’à la vaporiser tout entière ”

“ Il en résulte que. dans une atmosphère donnant 37° effectifs, c'està-dire en l'absence de transmission entre le corps et le milieu, cet équilibre n'est pas modifié par variation de la vitesse de l'air.
Or, lorsque la température sèche est supérieure à 37°, il doit y avoir égalité entre les pertes par convection, rayonnement, d'une part, et par évaporation d'autre part. Il est logique d'en conclure, que la variation de la vitesse modifie de la même façon les pertes calorifiques et la vaporisation. ”

“ Dans un pays dénudé, le sol s’échauffe rapidement, échauffe l’air ambiant, qui se dilate, s’élève et absorbe sans les condenser les vapeurs que les vents de la mer entraînent avec eux. Ces vapeurs ne se résolvent en pluie que lorsqu’un vent contraire, venant arrêter le courant primitif, en comprime les couches, qui abandonnent alors l’eau qu’elles contiennent. En région boisée au contraire, l’air ambiant ne s’échauffe pas, et l’humidité qu’il contient se condense naturellement et sans perturbation atmosphérique. ”

“ Mais leur analogie avec les fluides aériformes dans lesquels nous réduisons par la chaleur, un grand nombre de substances, et leur condensation par la pression et par le froid, ne permettent pas de douter que ces fluides atmosphériques sont des corps extrêmement volatils, qu’un grand froid réduiroit à l’état solide : il suffiroit, pour leur faire prendre cet état, d’éloigner la terre du soleil, comme il suffiroit de l’en rapprocher, pour faire entrer l’eau et plusieurs autres corps, dans notre atmosphère. ”

“ Lorsque l'eau se convertit en vapeur, soit à l'air libre et sous la pression atmosphérique, soit dans d'autres circonstances où la pression est nulle, plus faible ou plus forte que celle de l'atmosphère, il y a, ainsi que nous l'avons dit plus haut, absorption d'une grande quantité de chaleur, qui résulte du changement d'état que subit le liquide. ”

“ L'effet de la chaleur est de dilater la vapeur d'eau, et de lui donner ainsi la propriété de s'élever dans les hautes régions de l'atmosphère. D'où il suit que, lorsque la vapeur se condense pendant l'été, le phénomène de la condensation a lieu dans les régions supérieures et dans un milieu où l'élément à condenser abonde. Dès lors une condensation subite peut donner un produit considérable d'eau liquide qui, tombant en masse, se divise et se subdivise en gouttes par l'effet de la résistance de l'air qu'elle traverse dans sa chute. ”

“ Si maintenant de la composition de l’air nous passons à ses fonctions, nous trouverons des argumens d’une autorité non moins irréfutable. Chacun sait que l’atmosphère renferme une proportion de vapeur d’eau variable, dont les différens degrés de condensation nous donnent la rosée, la brume, la pluie, la neige et la grêle, et l’on sait également que l’un des rôles les plus importans attribués aux vents consiste à transporter cette vapeur d’un point à un autre, à l’enlever à l’Océan pour aller ensuite la précipiter à des milliers de lieues plus loin. ”

“ Si les corps mélangés ne changent pas d'état, s'il n'y a ni combinaison, ni décomposition, et s'il n'y a pas de perte par refroidissement extérieur, toute la chaleur transmise est uniquement employée à modifier la température. ”

“ Tout d’abord il se dilate, par cela même il se refroidit ; mais il se réchauffe aussitôt parce qu’une partie de la vapeur repasse à l’état de pluie et lui rend la chaleur qu’elle avait empruntée pour se former. Il continue sa route ascendante, prend un volume de plus en plus grand et une température qui décroît progressivement ; mais il entraîne avec lui toute la portion de vapeur qui n’a point été condensée, et il entraîne aussi toute la chaleur qu’il contenait : seulement chaleur et vapeur sont disséminées dans un plus grand espace. ”

“ Quand l'air se refroidit, la vapeur d'eau qu'il contient se condense en fines gouttelettes qui restent d'abord suspendues dans l'atmosphère, ce qui produit les nuages. La condensation se poursuivant, les. gouttelettes grossissent, deviennent assez volumineuses pour vaincre la résistance de l'air s'opposànt à leur chute et tombent enfin sur le sol. ”

“ Alors, en effet, la masse d'eau qui, le jour, était à la température de l'atmosphère, se trouve sensiblement plus chaude à sa surface que le sol environnant ; l'air qui repose sur l'eau est donc plus chaud que l'air en contact avec le sol, et il se charge d'une plus grande quantité d'humidité ou de vapeur. ”

“ Une molécule de vapeur d'eau est 18,000 fois plus efficace pour conserver la chaleur qu'une molécule d'air sec. Grâce à cette faculté précieuse, l'atmosphère agit comme une véritable serre et emmagasine la chaleur solaire reçue, l'empêche de rayonner du sol et d'aller se perdre dans l'espace glacé.
Eh bien! le courant du nord-est, arrivant des continents, est le plus sec de tous les courants atmosphériques. Pendant le régime des hautes pressions, c'est lui qui règne. L'air est sec. Il peut avoir plus d'épaisseur. Peu importe. Il n'a pas la propriété de conserver la chaleur. ”

“ Lorsque deux courants d'air chargés d'humidité se rencontrent dans l'atmosphère, et qu'ils sont à des températures différentes, leur mélange prend la température moyenne ; mais, à mesure que la température diminue, la tension de la vapeur diminue plus rapidement encore; en sorte que la rencontre de deux courants d'air de température différente doit déterminer la condensation d'une partie de la vapeur, et former un nuage.
Les nuages absorbent la chaleur solaire, et en s'échauffant ils deviennent plus légers et s'élèvent dans l'atmosphère. ”

“ Telle est, en effet, la véritable théorie des sources.
Quand l'air saturé de vapeurs aqueuses, poussé par le vent, monte le long des flancs d'une montagne, il se dilate et se refroidit, et ne tarde pas à se changer en nuage ou brouillard à une certaine hauteur. En s'élevant davantage, il ne peut plus conserver la quantité de vapeur dont il était saturé au début, et, cette vapeur se condensant par le refroidissement, le nuage se résout en pluie ou en neige selon la température. ”

“ Les vents sont des courants d'air qui se produisent lorsque ce fluide, plus dense ou plus pressé dans un point de l'atmosphère, s'écoule vers une région où l'air est moins dense et moins comprimé. — Les causes des vents sont principalement les suivantes : l'action inégale de la chaleur sur les diverses couches d'air de l'atmosphère, la condensation ou la formation subite d'une masse de vapeurs, les changements que produit la rotation de la terre dans la vitesse relative des molécules d'air, lorsque ces molécules se déplacent dans le sens des méridiens ”

“ D'autre part, la pluie et le vent sont presque toujours intimement liés l'un à l'autre; car, sauf sous l'équateur, la pluie résulte de la condensation de la vapeur apportée par les vents, condensation que détermine le mélange de l'air humide avec des masses plus froides. D'un autre côté, l'atmosphère doit à sa mobilité d'obéir aux moindres varia- tions de densité, et chacune de ces variations, résultat d'un inégal échauffement, se traduit par un changement dans la pression barométrique. ”

“ Sa formation est déterminée par là condensation et le refroidissement de la vapeur aqueuse répandue dans l'atmosphère. Les vésicules des nuages, saturées par l'humidité et précipitées par le froid, se réunissent -en gouttelettes liquides plus pesantes que l'air et tombent sur le sol. ”

“ Elle se change en vapeur, en un gaz aussi incolore et aussi transparent que l’air auquel elle se mêle sans qu’on en soupçonne la présence, et comme cette transformation se produit continuellement à la surface de toutes les. mers, de tous les lacs, de tous les fleuves et de tous les sols quand ils ont été mouillés par la pluie, il est certain que chaque litre d’air atmosphérique contient un poids déterminé de vapeur d’eau. ”

“ Nous savons aussi fort bien comment on peut solidifier l'eau et la vaporiser. Nous savons comment la glace passe à l'état liquide et comment la vapeur reprend l'état d'eau. C'est en refroidissant l'eau fortement que l'on parvient à la solidifier. La glace, à son tour, fond lorsqu'on la réchauffe. C'est en chauffant l'eau avec une certaine énergie qu'on la vaporise; c'est en la faisant bouillir. La vapeur, nous l'avons déjà dit, se liquéfie lorsqu'elle se refroidit. ”

“ Le refroidissement de l'atmosphère occasionnera la condensation de la vapeur d'eau qui, de temps à autre, se précipitera sur la croûte terrestre, d'abord à une température élevée puis, peu à peu, à des températures plus basses. ”