Voir la source de Énergie thermique

{{confusion|Transfert thermique}}
{{à sourcer|date=mars 2012}}

L''''énergie thermique''' est l'[[énergie cinétique]] d'agitation microscopique d'un objet, qui est due à une agitation désordonnée de ses [[molécule]]s et de ses [[atome]]s. L'énergie thermique est une partie de l'[[énergie interne]] d'un corps. Les transferts d'énergie thermique entre corps sont appelés [[Transfert thermique|transferts thermiques]] et jouent un rôle essentiel en [[thermodynamique]]. Ils atteignent un équilibre lorsque la [[température]] des corps est égale.

[[Image:Thermally Agitated Molecule.gif|thumb|Mouvement thermique d'un segment de molécule d'une protéine.]]

== Énergie et équilibre thermiques ==
{{Article détaillé|Transfert thermique}}

L'énergie thermique a tendance à se diffuser uniformément dans l'[[espace (notion)|espace]]. Ce mécanisme naturel d'équilibre est un des mécanismes énoncés dans le [[principe zéro de la thermodynamique]], qui comprend aussi l'équilibre mécanique (des pressions s'équilibrent) et l'[[équilibre chimique]] (les fluides se mélangent).

Les mécanismes de répartition de l'énergie thermique se font<ref>[https://energie-nucleaire.net/energie/energie-thermique Qu'est-ce que l'énergie thermique ?],  energie-nucleaire.net, consulté le 11 mars 2022</ref> :
* par contact direct :
** la [[conduction thermique]] (transfert de l'énergie cinétique des molécules sans échange de matière) ;
** la [[convection]] (échange de matière entre fluides : gaz et liquides).
:La dissipation d'énergie thermique par contact se fait toujours du corps le plus chaud (celui dont la [[température]] est la plus élevée) vers le corps le plus froid, donc de façon dissymétrique par rapport au [[temps]] (elle n'est pas [[Réversibilité thermodynamique|réversible]]). Ce phénomène est formalisé dans le [[Deuxième principe de la thermodynamique|second principe de la thermodynamique]] et limite les possibilités de transformer de l'énergie en [[travail d'une force|travail]]. Il a été découvert lors de la réalisation des premiers [[moteur]]s ;
* par [[rayonnement thermique]] : au travers du [[Vide (physique)|vide]] ou de milieux transparents aux [[Spectre visible|spectres lumineux]] et [[Infrarouge]] : émission de [[photon]]s, par le phénomène appelé [[rayonnement du corps noir]]<ref>[http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/claude_saintblanquet/rayonnem/11defloi/11defloi.htm « Définitions et lois du rayonnement thermique »], [[Université de Nantes]] (consulté en mai 2014)</ref>.

== Énergie thermique et température ==
Lors de la mise en contact de deux corps, un [[Transfert thermique|échange d'énergie thermique]] se produit. Le point d'[[Équilibre thermodynamique|équilibre]] est atteint lorsque les deux corps ont atteint la même [[température]]. La notion d'équilibre est [[Relation transitive|transitive]] : si un corps A est en équilibre avec B, et que ce corps B est en équilibre avec un corps C, alors A et C sont aussi en équilibre ; A, B et C ont la même température. Au début du {{s-|XX}}, il a été jugé que cette loi, qui semble tenir du simple bon sens, méritait d'être formulée comme le [[principe zéro de la thermodynamique]].

Bien que difficile à définir formellement, la température est une notion utilisée dans la vie courante, car facile à observer. Pour mesurer la température d'un corps, il suffit de le mettre en contact avec un [[thermomètre]] (par exemple un thermomètre à alcool) et d'en lire la graduation à l'équilibre thermique.

De fait, énergie interne et température d'un système sont liées en [[physique statistique]] par le [[Équipartition de l'énergie|théorème d'équipartition]] :
:<math>E_{thermique} = N \cdot \frac{f}{2} \cdot k_{B} \cdot T</math>
avec : 
* <math>N</math> le nombre de particules du système, 
* <math>f</math> le nombre de [[Degré de liberté (physique)|degrés de liberté]] de chaque particule<ref group=alpha>Plus exactement, <math>N \cdot f</math> est le nombre de termes quadratiques du [[Mécanique hamiltonienne|hamiltonien]] ; il ne correspond pas à la définition habituelle d’un degré de liberté en physique.</ref>, 
* <math>T</math> la [[température thermodynamique]] (ou [[température absolue]]) de l'ensemble,
* <math>k_B</math> la [[constante de Boltzmann]].

De façon plus usuelle, la [[capacité thermique massique]] d'un [[corps (entité)|corps]] est le coefficient qui permet d'exprimer la quantité d'énergie thermique nécessaire pour augmenter la température d'un kilogramme de ce corps d'un [[degré Celsius]]. Elle dépend en général de la [[Composition chimique|composition]] du corps et de sa température. Ainsi,

:<math>Q = m\,c\,\Delta T</math>,
où :
* <math>Q</math> est la quantité d'énergie thermique transférée, 
* <math>m</math> la [[masse]] du corps, <math>c</math> sa capacité thermique massique
* <math>\Delta T</math> la variation de température entre la température initiale et finale du corps.

Dans le [[Système international d'unités]], la masse du corps s'exprime en [[kilogramme]]s, la variation de température s'exprime en [[kelvin]]s (K) (une variation de {{unité|1|K}} est équivalente à une variation de {{tmp|1|°C}}) et la capacité thermique massique s'exprime alors en [[joule]]s par kilogramme et par kelvin (J/(kg⋅K)).

== Énergie thermique et état de la matière ==
En fournissant de l'énergie thermique à un corps, on peut en changer l'[[État de la matière|état]], le faisant passer par exemple de l'[[état solide]] à l'[[Liquide|état liquide]].

À condition de pression donnée, ces changements d'état se font toujours à la même température, pour un corps d'une composition donnée. Par exemple, la glace fondante reste à {{tmp|0|°C}} tant qu'elle n'est pas entièrement liquéfiée. C'est cette propriété qui a été utilisée, ainsi que des considérations d'origine [[thermodynamique]], pour définir l'échelle de température [[Degré Celsius|Celsius]], en se fondant sur les changements d'état de l'[[eau]].

== Différence entre chaleur et température ==
{{section à sourcer|date=octobre 2020}}<!-- Ce n'est pas ce que dit le CNRS! Ni ce que dit ce paragraphe?! -->
Les termes « chaleur »<ref>{{CNRTL|chaleur}}.</ref> et « température »<ref>{{CNRTL|température}}.</ref> sont parfois confondus alors qu'il s'agit de concepts distincts<ref>[https://www.futura-sciences.com/sciences/questions-reponses/energie-chaleur-temperature-difference-11779/ Chaleur et température : quelle différence ?], futura-sciences.com (consulté le 11 mars 2022).</ref>. Alors que la température détermine, entre autres, l'énergie thermique, la chaleur est un [[Transfert thermique|transfert d'énergie thermique]] entre deux systèmes.

Ces deux notions sont ainsi liées à l'énergie thermique. Pour une [[quantité de matière]] donnée, sans changement d'état et isolée thermiquement avec son milieu extérieur :
* si on apporte de la chaleur à cette matière, sa température peut augmenter (dans un système tampon, la température reste inchangée ; au cours d'un [[changement d'état]] la température reste constante dans le cas d'un [[corps pur]]) ;
* si on enlève de la chaleur à cette matière, sa température diminue.

== Origine quantique ==
Par sa nature, étant le reflet d'une activité au niveau moléculaire, l'énergie thermique est profondément [[mécanique quantique|quantique]]. En particulier, sa capacité à se transformer en [[Énergie électromagnétique|énergie lumineuse]] par le [[corps noir|rayonnement du corps noir]] est un témoignage direct des changements d'état des molécules et atomes composant l'objet. C'est un phénomène qu'on peut observer quotidiennement, dans les [[braise]]s d'un [[Bois énergie|feu de bois]] ou la [[lumière]] d'une [[Lampe électrique|ampoule électrique]] à filament.

L'étude précise du rayonnement du [[corps noir]] et des lois déterminant la nature de la lumière émise a conduit à des paradoxes lorsqu'elle était faite avec les équations de la [[mécanique newtonienne]]. C'est en cherchant à résoudre ce paradoxe que [[Max Planck]] a introduit l'idée que la lumière n'était pas émise de manière continue, mais par paquets. Cette hypothèse s'est révélée fructueuse et est un des fondements de la [[mécanique quantique]].

Cette propriété de la matière de rayonner son énergie thermique a une influence considérable sur notre environnement. C'est par ce phénomène que le [[Soleil]] rayonne une partie de son énergie jusqu'à la [[Terre]], y apportant une énergie essentielle aux conditions d'existence de la vie. De plus, certains organismes vivants ont développé des organes sensoriels détectant la [[lumière]], tels que les yeux, qui leur permettent d'obtenir des informations de leur environnement. Les [[spectre électromagnétique|longueurs d'onde]] lumineuses visibles pour l'homme, par exemple, sont autour de la [[longueur d'onde]] d'énergie maximale émise par le rayonnement du corps noir du Soleil, qui se situe à {{unité|500|nm}}.

== Notes et références ==
=== Notes ===
{{références|groupe=alpha}}

=== Références ===
{{Références}}

== Annexes ==
=== Articles connexes ===
{{colonnes|taille=30|
* [[Énergie]]
* [[Énergie interne]]
* [[Capacité thermique]]
* [[Capacité thermique massique]]
* [[Température]]
* [[Chaleur (physique)]]
}}

{{Portail|Physique|Énergie}}

[[Catégorie:Forme d'énergie|thermique]]
[[Catégorie:Chaleur]]