L'energie thermique a tendance a se diffuser uniformement dans l' espace . Ce mecanisme naturel d'equilibre est un des mecanismes enonces dans le principe zero de la thermodynamique , qui comprend aussi l'equilibre mecanique (des pressions s'equilibrent) et l' equilibre chimique (les fluides se melangent).

Les mecanismes de repartition de l'energie thermique se font ^{[ 1 ]} ?:

• par contact direct?:
  • la conduction thermique (transfert de l'energie cinetique des molecules sans echange de matiere)?;
  • la convection (echange de matiere entre fluides?: gaz et liquides).

La dissipation d'energie thermique par contact se fait toujours du corps le plus chaud (celui dont la temperature est la plus elevee) vers le corps le plus froid, donc de facon dissymetrique par rapport au temps (elle n'est pas reversible ). Ce phenomene est formalise dans le second principe de la thermodynamique et limite les possibilites de transformer de l'energie en travail . Il a ete decouvert lors de la realisation des premiers moteurs ?;

• par rayonnement ?: au travers du vide ou de milieux transparents aux spectres lumineux et Infrarouge ?: emission de photons , par le phenomene appele rayonnement du corps noir ^{[ 2 ]} .

Lors de la mise en contact de deux corps, un echange d'energie thermique se produit. Le point d' equilibre est atteint lorsque les deux corps ont atteint la meme temperature . La notion d'equilibre est transitive ?: si un corps A est en equilibre avec B, et que ce corps B est en equilibre avec un corps C, alors A et C sont aussi en equilibre?; A, B et C ont la meme temperature. Au debut du XX ^e ?siecle, il a ete juge que cette loi, qui semble tenir du simple bon sens, meritait d'etre formulee comme le principe zero de la thermodynamique .

Bien que difficile a definir formellement, la temperature est une notion utilisee dans la vie courante, car facile a observer. Pour mesurer la temperature d'un corps, il suffit de le mettre en contact avec un thermometre (par exemple un thermometre a alcool) et d'en lire la graduation a l'equilibre thermique.

De fait, energie interne et temperature d'un systeme sont liees en physique statistique par le theoreme d'equipartition ?:

${\displaystyle E_{thermique}=N\cdot {\frac {f}{2}}\cdot k_{B}\cdot T}$ 

avec?:

• ${\displaystyle N}$  le nombre de particules du systeme,
• ${\displaystyle f}$  le nombre de degres de liberte de chaque particule ^{[ a ]} ,
• ${\displaystyle T}$  la temperature thermodynamique (ou temperature absolue ) de l'ensemble,
• ${\displaystyle k_{B}}$  la constante de Boltzmann .

De facon plus usuelle, la capacite thermique massique d'un corps est le coefficient qui permet d'exprimer la quantite d'energie thermique necessaire pour augmenter la temperature d'un kilogramme de ce corps d'un degre Celsius . Elle depend en general de la composition du corps et de sa temperature. Ainsi,

${\displaystyle Q=m\,c\,\Delta T}$  ,

ou?:

• ${\displaystyle Q}$  est la quantite d'energie thermique transferee,
• ${\displaystyle m}$  la masse du corps, ${\displaystyle c}$  sa capacite thermique massique
• ${\displaystyle \Delta T}$  la variation de temperature entre la temperature initiale et finale du corps.

Dans le Systeme international d'unites , la masse du corps s'exprime en kilogrammes , la variation de temperature s'exprime en kelvins (K) (une variation de 1  K est equivalente a une variation de 1? °C ) et la capacite thermique massique s'exprime alors en joules par kilogramme et par kelvin (J/(kg?K)).

En fournissant de l'energie thermique a un corps, on peut en changer l' etat , le faisant passer par exemple de l' etat solide a l' etat liquide .

A condition de pression donnee, ces changements d'etat se font toujours a la meme temperature, pour un corps d'une composition donnee. Par exemple, la glace fondante reste a 0? °C tant qu'elle n'est pas entierement liquefiee. C'est cette propriete qui a ete utilisee, ainsi que des considerations d'origine thermodynamique , pour definir l'echelle de temperature Celsius , en se fondant sur les changements d'etat de l' eau .

Les termes ≪?chaleur?≫ ^{[ 3 ]} et ≪?temperature?≫ ^{[ 4 ]} sont parfois confondus alors qu'il s'agit de concepts distincts ^{[ 5 ]} . Alors que la temperature determine, entre autres, l'energie thermique, la chaleur est un transfert d'energie thermique entre deux systemes.

Ces deux notions sont ainsi liees a l'energie thermique. Pour une quantite de matiere donnee, sans changement d'etat et isolee thermiquement avec son milieu exterieur?:

• si on apporte de la chaleur a cette matiere, sa temperature peut augmenter (dans un systeme tampon, la temperature reste inchangee?; au cours d'un changement d'etat la temperature reste constante dans le cas d'un corps pur )?;
• si on enleve de la chaleur a cette matiere, sa temperature diminue.

Par sa nature, etant le reflet d'une activite au niveau moleculaire, l'energie thermique est profondement quantique . En particulier, sa capacite a se transformer en energie lumineuse par le rayonnement du corps noir est un temoignage direct des changements d'etat des molecules et atomes composant l'objet. C'est un phenomene qu'on peut observer quotidiennement, dans les braises d'un feu de bois ou la lumiere d'une ampoule electrique a filament.

L'etude precise du rayonnement du corps noir et des lois determinant la nature de la lumiere emise a conduit a des paradoxes lorsqu'elle etait faite avec les equations de la mecanique newtonienne . C'est en cherchant a resoudre ce paradoxe que Max Planck a introduit l'idee que la lumiere n'etait pas emise de maniere continue, mais par paquets. Cette hypothese s'est revelee fructueuse et est un des fondements de la mecanique quantique .

Cette propriete de la matiere de rayonner son energie thermique a une influence considerable sur notre environnement. C'est par ce phenomene que le Soleil rayonne une partie de son energie jusqu'a la Terre , y apportant une energie essentielle aux conditions d'existence de la vie. De plus, certains organismes vivants ont developpe des organes sensoriels detectant la lumiere , tels que les yeux, qui leur permettent d'obtenir des informations de leur environnement. Les longueurs d'onde lumineuses visibles pour l'homme, par exemple, sont autour de la longueur d'onde d'energie maximale emise par le rayonnement du corps noir du Soleil, qui se situe a 500? nm .

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