Comment fonctionne un Ventilateur ?

Vous ne vous êtes jamais demandé comment fonctionnait un ventilateur ? Parce que finalement, même si le ventilateur fait circuler l'air dans une pièce, dans les faits il n'abaissent pas du tout la température ambiante.

Les ventilateurs créent ce que l'on appelle un « effet de refroidissement éolien », qui vous fait vous sentir plus frais en accélérant l'évaporation de la transpiration sur votre peau. Cela ressemble à la sensation que vous ressentez lorsque vous ouvrez la fenêtre d'une voiture en mouvement.

Allez, on vous explique tout !

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1. La ventilation et le refroidissement éolien 

Le ventilateur et le refroidissement éolien

Vous avez probablement entendu des météorologues à la télévision parler du facteur de refroidissement éolien. Le facteur de refroidissement éolien est la température ressentie par une personne à cause du vent.

Par exemple, si un thermomètre lit 2°C à l'extérieur et que le vent souffle à 40km/h, le facteur de refroidissement éolien lui donne l'impression qu'il fait -13°C. En d'autres termes, plus il y a de vent, plus la température ressentie est basse.

Le facteur de refroidissement éolien est la même raison qui vous fait souffler sur une soupe chaude pour la refroidir. Le mouvement de l'air augmente la perte de chaleur de la soupe par convection, de sorte que la soupe se refroidit plus rapidement. Pour un objet inanimé, le refroidissement éolien a un effet si l'objet est chaud.

Exemple:

Supposons que vous remplissiez deux verres avec la même quantité d'eau à 38°C.

Vous mettez un verre dans votre réfrigérateur, qui est à 2°C, et un à l'extérieur, où il fait également 2°C mais le vent souffle à 40 Km/h (donc le refroidissement éolien donne l'impression d'être à -13°C).

Le verre à l'extérieur refroidira plus rapidement que le verre du réfrigérateur à cause du vent. Cependant, le verre à l'extérieur ne se refroidira pas moins de 2°C ; l'air est à 2°C, qu'il se déplace ou non. C'est pourquoi le thermomètre lit 2°C même si on ressent -13°C.

2. Le transfert de chaleur par la thermodynamique

Le Ventilateur de table et la Thermodynamique

Disons que vous prenez un verre d'eau glacée et un bol de soupe chaude, et que vous les laissez sur la table de la cuisine. Vous savez ce qui se passera : le bol de soupe refroidira à température ambiante et le verre d'eau glacée se réchauffera à température ambiante.

C'est le principe de la thermodynamique ; si vous mettez deux objets avec des températures différentes dans une même pièce, le transfert de chaleur les fera atteindre la même température.

Après quelques minutes, le verre et le bol atteignent la même température par le processus de transfert de chaleur. Le verre d'eau devient légèrement plus chaude et le bol de soupe devient beaucoup plus froid.

Si vous voulez garder un bol de soupe chaud aussi longtemps que possible, c'est-à-dire si vous voulez ralentir autant que possible le processus de transfert de chaleur naturel, vous devez ralentir les trois phénomènes qui provoquent le transfert de chaleur

a) Transfert par conduction

Commençons par une question simple : qu'est-ce que la chaleur ?

La chaleur est une agitation moléculaire. Un atome représente sa " chaleur " par sa vitesse. Au zéro absolu de la température, il n'y a pas de mouvement atomique. Mais à mesure que les atomes se réchauffent, ils se déplacent. La chaleur est transférée lorsqu'un atome en rencontre un autre.

Lorsque cela se produit, c'est un peu comme des boules de billard qui entrent en collision ; le deuxième atome capte une partie du mouvement du premier atome. La chaleur est donc transférée par ces collisions.

Le meilleur exemple de ce phénomène serait de prendre une barre métallique et de chauffer une de ses extrémités. L'autre extrémité deviendra également chaude par conduction.

Lorsque vous placez une casserole en métal sur le poêle, l'intérieur de la casserole devient chaud par conduction de la chaleur à travers le métal au fond de la casserole. Certains matériaux (à savoir les métaux) sont de meilleurs conducteurs thermiques que d'autres (par exemple, le bois ou le plastique).

b) Transfert par rayonnement 

Explication du fonctionnement d'un ventilateur par le rayonnement.

Un autre effet secondaire de l'agitation moléculaire est la vibration, et ce dernier conduit à un autre phénomène décrit par la loi de Wien, à savoir le rayonnement infrarouge (de nature électromagnétique).

Selon l'Encyclopedia Britannica, « le rayonnement infrarouge est absorbé et émis par les rotations et les vibrations d'atomes ou de groupes d'atomes liés chimiquement et donc par de nombreux types de matériaux ».

Le rayonnement infrarouge est une forme de lumière qui peut se propager dans le vide. Cette absorption par la matière peut ainsi donner lieu à des phénomènes thermiques.

Nos yeux ne peuvent pas voir l'infrarouge, mais notre peau peut le sentir. Environ la moitié de toute l'énergie solaire qui nous parvient provient d'un rayonnement infrarouge invisible, le reste étant visible pour nous sous forme de lumière.

L'infrarouge, comme la lumière visible, est réfléchi par les miroirs et mieux absorbé par les objets noirs. Lorsque l'infrarouge est absorbé, il en résulte une agitation moléculaire et donc une élévation de température.

Quelques exemples courants sont la chaleur que vous sentez rayonner d'un radiateur électrique ou un morceau de métal chauffé au rouge, la chaleur que vous sentez rayonner des briques dans une cheminée même si le feu s'est éteint et la chaleur que vous sentez rayonner d'un mur de béton après le coucher du soleil.

c) Transfert par convection

 

La convection est un transfert de chaleur qui s'effectue grâce à un mouvement de matière dans un milieu liquide ou gazeux. Cela se produit parce que lorsqu'un liquide ou un gaz devient chaud, il a tendance à s'élever au-dessus de la zone froide du liquide ou du gaz.

Donc, si vous avez un bol de soupe chaud sur la table, il chauffe une couche d'air entourant le bol. Cette couche s'élève ensuite car elle est plus chaude que l'air ambiant. L'air froid remplit l'espace laissé par la montée de l'air chaud. Ce nouvel air froid se réchauffe puis monte, et le cycle se répète.

Il est possible d'accélérer la convection ; c'est pourquoi vous soufflez sur une soupe chaude pour la refroidir. S'il n'y avait pas de convection, votre soupe resterait chaude beaucoup plus longtemps, car il s'avère que l'air est un mauvais conducteur de chaleur.

d) Un ventilateur, c'est de la science !

Vous pouvez voir et ressentir ces trois phénomènes de transfert de chaleur, se produire lorsque vous vous tenez à côté d'un feu de joie ... 

Même un ventilateur pas cher, c'est un concentré de science !

Ce qui vous oblige à vous tenir à l'écart d'un feu, c'est la chaleur qui se dégage du feu par rayonnement infrarouge. Les flammes et la fumée sont transportées vers le haut par convection : L'air autour du feu se réchauffe et s'élève.

Le sol situé à un mètre sous le feu devient chaud, chauffé par conduction. La couche supérieure du sol est chauffée directement (par rayonnement), puis la chaleur est conduite à travers les couches de terre profondément dans le sol.

Autre exemple, pour obtenir un bon thermos, qui gardera bien au chaud votre boisson favorite, il faut réduire autant que possible ces trois phénomènes de transfert de chaleur.

3. Conclusion

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Nous disposons tous d'un simple ventilateur de table ou d'un ventilateur brumisateur. Mais comme on vient de le voir, pour la plupart d'entre nous, nous étions loin d'imaginer tous les phénomènes provoqués par cette "simple" ventilation !

Suite au réchauffement climatique, les étés deviennent de plus en plus chaud et ces dix dernières années il y a eu une explosion des ventes de climatiseurs.

Même s'il est vrai qu'ils sont plus efficaces qu'un ventilateur en rafraîchissant réellement la pièce dans laquelle on se trouve, on s'est rendu compte que ces climatiseurs participaient également au réchauffement climatique.

Ces appareils sont excessivement énergivores, ont très longtemps contenu des gaz nocifs et ont probablement participé à la destruction de la couche d'ozone.

En conclusion, re-descendons du grenier notre bon vieux ventilateur sur pied, posons le au bout du lit et à nous les bonnes nuits bercées par le ronronnement des pales. Et ne perdez pas de vue un autre avantage, sa fonction oscillation protégera toute votre chambre des moustiques, car il détestent le vent !

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