Transfert thermique : frottement des mains - exercice

Tu l'as sûrement déjà fait sans même y penser : te frotter les mains l'une contre l'autre pour te réchauffer. Ce n'est pas purement psychologique, car il y a une production de chaleur. Mais peux-tu dire comment cela fonctionne ? Quelle est la température à ce moment ? Cette vidéo des Bons Profs va t'aider à répondre à ces questions brûlantes !

Enoncé de l'exercice sur le transfert thermique

Afin de se réchauffer les mains en hiver, il est fréquent de se frictionner les mains l'une contre l'autre.

Données concernant cet exercice

• Epaisseur de la peau au niveau de la main : e = 1 mm
• Surface de la paume de la main : S = 150 cm ²
• Masse volumique de la peau : ρ = 1,0 x 10³ kg ·m^-3
• Capacite thermique massique de la peau : c = 4,18 kJ · kg ^-1  · K ^-1
• Puissance de frottement : P = 20 W

Questions sur le transfert thermique issu du frottement des mains

• Pourquoi cela fonctionne ? Les frottements dissipent de l'énergie mécanique sous forme d'énergie thermique. Ce transfert thermique permet d'augmenter l'énergie interne de la peau et donc sa température.
• On suppose que la puissance thermique issue des frottements est intégralement transmise à la peau. Déterminer la masse de peau à chauffer.
• En considérant la peau comme un système incompressible, déduire l’élévation de la température obtenue après une friction de 60 secondes.
• Quelle hypothèse implicite faite ici, vous semble-t-elle la plus contestable ? Le fait qu'il n'y a aucun transfert thermique. Il n'y a pas de raison que la peau ne transmette pas d'énergie au reste de la main. Cela explique pourquoi la température atteinte sera en pratique bien inférieure.

► Continue la notion de thermodynamique avec l'évolution de la température d'un système.