Tenir avec les doigts d’une main une pièce de monnaie par la tranche et la chauffer du côté opposé avec une allumette. La pièce s’échauffe si rapidement qu’on la lâche pour éviter de se brûler, avant même que l’allumette soit consumée.
Fiche d’accompagnement de l’expérience:
Matériel-
une pièce de monnaie, de préférence en cuivre
-
des allumettes ou un briquet
Montage et réalisationTenir avec les doigts d’une main une pièce de monnaie par la tranche et la chauffer du côté opposé avec la flamme d’une allumette ou d’un briquet.
La pièce s’échauffe si rapidement qu’on la lâche pour éviter de se brûler.
ExplicationsLes métaux, et le cuivre en particulier, sont de bons conducteurs de la chaleur.
L’énergie thermique reçue par la pièce se propage rapidement dans l’ensemble du métal.
De plus, les métaux ont une capacité thermique massique faible devant celle de l’eau : pour un échauffement comparable il faut leur fournir beaucoup moins d’énergie thermique qu’à l’eau. La pièce métallique qui a une capacité thermique faible et une très bonne conductivité thermique s’échauffe si vite sous l’action de la flamme qu’on est obligé de la lâcher pour ne pas se brûler.
En revanche, si l’on utilise une allumette, le bois est un isolant thermique tellement efficace qu’on peut tenir, par exemple, une allumette enflammée à l’autre bout sans se brûler les doigts.
RemarquesLa meilleure manière de présenter cette expérience est de la décrire (sans annoncer le résultat) et de demander à la personne interrogée si elle devra lâcher en premier l’allumette ou la pièce. La plupart des gens pensent qu’ils lâcheront l’allumette en premier ; ils sont très étonnés lorsqu’ils font eux-mêmes l’expérience.
Benjamin Franklin avait déjà proposé cette expérience en 1757. [Glass 1997, p. 85] rapporte ses propos de la façon suivante : « Saisissez dans une main une pièce de un dollar en argent et dans l’autre un morceau de bois de la même taille. Tenez ces deux objets en même temps dans la flamme d’une bougie. Vous constaterez qu’il faut lâcher la pièce de 1 dollar avant le bout de bois. ».
A température égale (température ambiante) on a l’impression que le bois est plus chaud que la pierre ou le métal car sa conductivité thermique est moins bonne. La peau humaine est sensible au flux thermique mais ce n’est pas un thermomètre. On a la sensation qu’un objet est froid s’il est capable de prélever à la peau une grande quantité de chaleur par unité de temps et inversement on a la sensation qu’un objet est chaud s’il apporte une grande quantité de chaleur par unité de temps. Lorsque la conductivité thermique d’un matériau est plus faible, sa surface se met plus rapidement en équilibre thermique avec la peau : l’échange thermique s’arrête alors plus rapidement.