Conduction, convection, rayonnement : comment la chaleur se déplace, et comment éviter brûlures et incendies.
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Les transferts de chaleur et la sécurité
Module III : Énergie : ses sources et sa gestionSéquence 7 : Échange d’énergieSéance 21 : Modes de transfert de la chaleur ; risques et protection
💡 Idée principale : la chaleur passe toujours d’un corps chaud vers un corps froid, de trois façons : par conduction (de proche en proche dans un solide), par convection (déplacement d’un liquide ou d’un gaz) et par rayonnement (à distance, même dans le vide). Bien connaître ces transferts aide à se protéger des brûlures et des incendies.
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Étapes résumées
La chaleur va spontanément du corps chaud vers le corps froid.
Conduction : dans les solides ; les métaux sont de bons conducteurs, le bois et le plastique sont des isolants.
Convection : les liquides et les gaz chauds montent, les froids descendent.
Rayonnement : la chaleur du soleil ou du feu arrive à distance, sans contact.
Situation problème
Au village, Bertrand laisse une cuillère en fer dans la marmite de sauce d’arachide sur le feu. Quand il la saisit, il se brûle la main, alors que la cuillère en bois de sa grand-mère reste froide. Sa grand-mère, assise loin du feu, sent pourtant la chaleur sur son visage. Elle applique de l’huile sur la brûlure de Bertrand.
Consignes :
Relève les problèmes posés dans ce texte.
Comment la chaleur est-elle arrivée dans la main de Bertrand ? Sur le visage de la grand-mère ?
La grand-mère a-t-elle eu le bon geste ? Que faut-il faire ?
le problèmela chaleurla combustion
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Compétence visée
Utiliser la chaleur sans danger en connaissant ses modes de transfert et les gestes de protection.
Objectifs de la leçon
Mettre en évidence la conduction, la convection et le rayonnement (TP11).
Distinguer les conducteurs et les isolants thermiques.
Citer les risques liés à la chaleur et les moyens de protection.
La conduction (TP11)
Activité 1 : la chaleur avance dans le métal
On colle des clous avec de la cire tout le long d’une tige métallique, puis on chauffe une extrémité (document 1).
Document 1 : mise en évidence de la conduction thermique.
Dans quel ordre les clous tombent-ils ?
Que se passerait-il avec une baguette en bois ?
Ce qu’il faut comprendre : les clous tombent l’un après l’autre, du plus proche au plus éloigné de la flamme : la chaleur se propage de proche en proche dans le solide, sans que la matière se déplace : c’est la conduction. Le bois conduit très mal la chaleur : les clous ne tomberaient pas.
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Conducteurs et isolants thermiques
Bons conducteurs
Les métaux : fer, aluminium, cuivre. Marmites, casseroles, fers à repasser.
On chauffe par le bas un bécher d’eau contenant un peu de sciure de bois (document 2).
Document 2 : mise en évidence de la convection dans l’eau.
Que fait la sciure au-dessus de la flamme ? Et près des parois ?
Comment toute l’eau finit-elle par chauffer ?
Ce qu’il faut comprendre : l’eau chauffée devient plus légère et monte ; l’eau froide, plus lourde, descend pour la remplacer. Il se forme un courant de convection qui transporte la chaleur dans tout le liquide. Il en est de même dans l’air : la fumée et l’air chaud montent.
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1. Le rayonnement
Près d’un feu ou au soleil, on sent la chaleur sans rien toucher : elle arrive par rayonnement, à distance et même à travers le vide de l’espace (le Soleil chauffe la Terre). Les objets sombres absorbent plus le rayonnement que les objets clairs.
Exemple : en saison sèche, un tee-shirt noir chauffe plus au soleil qu’un tee-shirt blanc.
2. Les trois modes de transfert
Mode
Milieu
Exemple
Conduction
solides (surtout métaux)
le manche en fer de la marmite devient brûlant
Convection
liquides et gaz
l’eau de la marmite chauffe en entier ; la fumée monte
Rayonnement
à distance, même dans le vide
la chaleur du soleil, celle du feu sur le visage
la lumièrela lampe-torchela cuisine
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Risques liés à la chaleur et protection
Les principaux risques
Brûlures
Eau bouillante, huile chaude, fer à repasser, marmite : surtout chez les jeunes enfants.
Incendies
Bougies, lampes-tempête, réchauds renversés, feux de brousse.
Coup de chaleur
Rester longtemps au soleil sans boire : fièvre, malaise.
Explosions
Bouteilles de gaz près d’un feu ou mal fermées.
Se protéger
Utiliser des manches et des maniques isolants ; tourner les queues de casseroles vers l’intérieur.
Tenir les enfants éloignés des foyers et des liquides chauds.
Ne jamais laisser une bougie ou une lampe allumée sans surveillance.
Boire régulièrement et se couvrir la tête au soleil.
le feu de brousseles feux de broussela naissance
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Premiers secours en cas de brûlure
1
Refroidir
Passer la brûlure sous l’eau fraîche (non glacée) pendant 10 à 15 minutes.
2
Ne rien appliquer
Pas d’huile, de dentifrice, de pétrole ni de poudre : ils aggravent la brûlure.
3
Protéger
Couvrir d’un linge propre ; ne pas percer les cloques.
4
Consulter
Aller au centre de santé si la brûlure est grande, profonde ou chez un enfant.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
La chaleur passe toujours du corps chaud vers le corps froid.
Conduction : de proche en proche dans un solide ; les métaux sont conducteurs, le bois et le plastique isolants.
Convection : déplacement de liquide ou de gaz chaud qui monte.
Rayonnement : transfert à distance, même dans le vide (Soleil, feu).
Brûlure : refroidir 10 à 15 min sous l’eau fraîche, ne rien appliquer, consulter si besoin.
je retiensles brûluresle réfrigérateur
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Vocabulaire à connaître
Conductiontransfert de chaleur de proche en proche dans un solide.Convectiontransfert de chaleur par mouvement d’un liquide ou d’un gaz.Rayonnementtransfert de chaleur à distance, sans contact.Isolant thermiquematériau qui conduit mal la chaleur.Conducteur thermiquematériau qui conduit bien la chaleur.
Je m’évalue
1. Par quel mode la chaleur traverse-t-elle une cuillère en fer ?
2. Comment la chaleur du Soleil arrive-t-elle sur la Terre ?
3. Dans l’eau qui chauffe, l’eau chaude monte-t-elle ou descend-elle ?
4. Que faire en premier en cas de brûlure ?
Réponses : la conduction · par rayonnement · elle monte · refroidir sous l’eau fraîche 10-15 min. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
je réfléchisla températurel’eau
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Erreurs fréquentes
Croire que le froid « passe » : c’est la chaleur qui quitte le corps chaud.
Mettre de l’huile ou du dentifrice sur une brûlure.
Confondre convection (liquides et gaz) et conduction (solides).
Méthode
Pour reconnaître un mode de transfert : demande-toi s’il y a contact avec un solide (conduction), mouvement d’un fluide (convection) ou transfert à distance sans contact (rayonnement).
Activité d’intégration
À la maternelle de Mokolo, la cuisinière prépare la bouillie dans une grande marmite en aluminium posée sur trois pierres, au milieu de la cour où jouent les enfants. Les louches sont en métal et la marmite n’a pas de couvercle.
Identifie les risques de brûlure dans cette situation.
Explique par quels modes la chaleur atteint la louche et la bouillie.
Propose quatre mesures de protection pour les enfants et la cuisinière.