Chaleur spécifique

Pour qu’une substance augmente en tempĂ©rature, une certaine quantitĂ© d’Ă©nergie est nĂ©cessaire sous forme de chaleur. Cette quantitĂ© d’Ă©nergie est ce que l’on appelle chaleur spĂ©cifique, Ă©galement appelĂ©e capacitĂ© thermique spĂ©cifique.

La chaleur spĂ©cifique est ce qui explique pourquoi une cuillère en bois chauffe plus lentement qu’une cuillère en mĂ©tal, et que nous utilisons certains matĂ©riaux pour fabriquer des outils et des ustensiles en fonction de leur utilisation.

Par consĂ©quent, la dĂ©finition en physique de la chaleur spĂ©cifique est quantitĂ© d’Ă©nergie qui doit ĂŞtre transfĂ©rĂ©e Ă  une unitĂ© de masse de substance pour augmenter sa tempĂ©rature d’un degrĂ©. Prenons l’exemple de l’eau: si 4182 joules d’Ă©nergie sont transfĂ©rĂ©s Ă  un kilogramme d’eau Ă  tempĂ©rature ambiante, sa tempĂ©rature augmentera d’un degrĂ©. La chaleur spĂ©cifique de l’eau est donc de 4182 joules par kilogramme de degrĂ©.

Unités de chaleur spécifiques

La chaleur spĂ©cifique peut ĂŞtre exprimĂ©e en diffĂ©rentes unitĂ©s, qui doivent toujours reflĂ©ter les unitĂ©s d’Ă©nergie, de masse et de tempĂ©rature. Dans le système international, l’unitĂ© est joule (Ă©nergie) par kilogramme (masse) kelvin (tempĂ©rature) ou J / kg.K. Par exemple, la chaleur spĂ©cifique de l’acier est de 502 J / kg .K; Cela signifie que pour qu’un kilogramme d’acier augmente sa tempĂ©rature de 1 kelvin, il a besoin de 502 joules d’Ă©nergie.

Nous pouvons Ă©galement exprimer la chaleur spĂ©cifique dans calories par gramme degrĂ©s Celsius (cal / g.ÂşC). En continuant avec l’exemple de l’acier, la chaleur spĂ©cifique est de 0,12 cal / g.ÂşC, c’est-Ă -dire que pour Ă©lever la tempĂ©rature d’un gramme d’acier d’un degrĂ© Celsius, il faut 0,12 calories.

Caractéristiques thermiques spécifiques

La chaleur spĂ©cifique est un propriĂ©tĂ© physique intensive, qui ne dĂ©pend pas de la quantitĂ© de substance. D’un autre cĂ´tĂ©, la chaleur spĂ©cifique peut varier Ă  diffĂ©rentes tempĂ©ratures, c’est-Ă -dire que la quantitĂ© d’Ă©nergie qui doit ĂŞtre transfĂ©rĂ©e pour augmenter la tempĂ©rature d’un degrĂ© Celsius n’est pas la mĂŞme Ă  tempĂ©rature ambiante qu’Ă  100 ° C ou Ă  0 ° C.

L’exemple le plus connu est dĂ©pendance de la tempĂ©rature de la chaleur spĂ©cifique d’eau, comme nous le verrons dans le tableau suivant:

Température (ºC) J / kg.K Cal / g.ºC

04 2181 007
dix4 1921 001
vingt4 1820,998
304 1780,997
404 1780,997
cinquante4 1810,998
604 1840,999
704 1891 000
804 1961 002
904 2051 004
1004 2161 007

Comment la chaleur spécifique est-elle calculée?

La chaleur spécifique, qui est désignée par la lettre minuscule c, peut être calculée par la formule suivante:

gras c gras numérateur de fraction égale gras Q entre dénominateur gras m gras espace gras parenthèse gauche gras T indice gras f gras moins gras T indice gras i gras parenthèse droite fin fraction gras fraction égale numérateur gras Q entre dénominateur gras m gras espace T gras incrément gras m espace gras T fin fraction

oĂą Q est la quantitĂ© d’Ă©nergie transfĂ©rĂ©e au corps, m est la masse de la substance et ΔT est la diffĂ©rence entre la tempĂ©rature finale et initiale.

Par exemple, un bloc d’aluminium de 0,100 kg sur lequel est transfĂ©rĂ© 897 J entre 20 ° C et 30 ° C aura une chaleur spĂ©cifique de:

style taille 16px gras c gras numérateur de fraction égale gras Q entre le dénominateur gras m gras espace gras parenthèse gauche gras T indice gras f gras moins gras T indice gras i gras parenthèse droite fin fraction gras égal fraction numérateur gras parenthèse gauche 897 gras J entre dénominateur gras parenthèses gauche gras 0 gras virgule gras 1 gras k gras g gras parenthèses droites gras espace gras parenthèses gauche gras 303 gras K gras moins gras 293 gras K gras parenthèse droite fin fraction gras égal à gras 897 gras gras italique J gras divisé par gras italique k gras italique J gras divisé par gras italique k gras italique g gras. style de fin K italique gras

Voir aussi les formules de physique.

Tableau des valeurs thermiques spécifiques de différentes substances

Nous présentons le pouvoir calorifique spécifique de différentes substances importantes dans la vie quotidienne, exprimé dans les deux unités les plus utilisées J / kg.K et cal / g.ºC:

Substance J / kg.K Cal / g. ÂşC

Acier5020,12
Alcool Ă©thylique (Ă©thanol)2 4380,582
Aluminium8970,214
Sable7800,186
Carbone (graphite)7090,169
Cuivre3850,091
Étain2270,054
Glycérol2 3770,567
HĂ©lium5 1931 240
Hydrogène (H2)14 3043 416
Glace (-10 ° C)2 2200,530
Fer4490,107
Magnésium1 0230,244
Nickel4440,106
Azote (N21 0400,248
Or1290,031
Oxygène (O2)9180,219
Peroxyde d’hydrogène (H2O2)2 6190,625
argent2350,056
Platine1330,032
Plomb1300,031
Titane5230,125
Verre7920,189
Zinc3880,093
Zirconium2780,066

RĂ©solution d’exercices de chaleur spĂ©cifiques

1. Un rĂ©cipient contenant 2 litres d’eau Ă  18 ° C est placĂ© sur une cuisinière. Quelle quantitĂ© d’Ă©nergie doit ĂŞtre appliquĂ©e pour Ă©lever sa tempĂ©rature Ă  30 ° C?

Tout d’abord, nous calculons la masse de 2 litres d’eau grâce Ă  sa densitĂ© (1gr / ml). Ensuite:

style taille 16px gras m indice gras H indice gras 2 gras O fin indice gras égal densité gras gras espace gras multiplication croisée gras volume gras égal espace gras gras 1 fraction gras kg entre gras l gras multiplication croisé gras 2 gras l gras égal gras 2 gras style de fin de kg

Deuxièmement, pour calculer l’Ă©nergie que nous rĂ©solvons pour Q Ă  partir de la formule de chaleur spĂ©cifique et substituons les termes. Nous convertissons les tempĂ©ratures en kelvin (ÂşC +273) et utilisons 4 182 J / kg.K comme chaleur spĂ©cifique de l’eau:

gras Q gras égal gras c gras multiplication croisée gras m gras multiplication croisée gras parenthèses gauche gras T indice gras f gras moins gras T indice gras i gras parenthèses droite gras égal gras 4 gras espace gras 182 fraction numérateur gras J entre dénominateur fraction gras numérateur kg caractère gras. bold K end fraction bold multiplication croisée gras 2 gras gras multiplication croisé gras parenthèse gauche gras 303 gras K gras moins gras 291 gras K gras parenthèse droite gras égal gras 100 gras espace gras 368 gras espace gras J

RĂ©ponse: Pour transporter 2 kg d’eau de 18 ° C Ă  30 °, vous avez besoin de 100 368 joules d’Ă©nergie.

2. Vous disposez de deux conteneurs A et B de mĂŞme masse mais de matĂ©riau diffĂ©rent, l’un est en aluminium et l’autre en acier. Les deux rĂ©cipients sont placĂ©s sur un rĂ©chaud pendant le mĂŞme temps, mais le rĂ©cipient B atteint une tempĂ©rature plus Ă©levĂ©e que le rĂ©cipient A. De quoi est fait le rĂ©cipient B?

Tout d’abord, nous Ă©tudions la valeur thermique spĂ©cifique de l’aluminium et de l’acier:

  • Aluminium: 897 J / kg.K.
  • Acier: 502 J / kg.K.

On se rend compte que la chaleur spĂ©cifique de l’aluminium est supĂ©rieure Ă  celle de l’acier. Cela signifie qu’avec la mĂŞme masse, l’acier a besoin de moins d’Ă©nergie que l’aluminium pour Ă©lever sa tempĂ©rature d’un degrĂ©.

Les deux conteneurs ont reçu la mĂŞme quantitĂ© d’Ă©nergie parce qu’ils Ă©taient sur le poĂŞle pendant le mĂŞme temps. Cependant, le conteneur B est devenu plus chaud, nous pouvons donc en dĂ©duire que le conteneur B est en acier, car il a le plus faible pouvoir calorifique spĂ©cifique.

3. Le graphique suivant montre les donnĂ©es d’Ă©nergie transfĂ©rĂ©e et de variation de tempĂ©rature de deux Ă©chantillons, A et B, de mĂŞme masse et de matĂ©riau diffĂ©rent:

exercices de chaleur spécifiques

Lequel des deux matériaux, A ou B, a une chaleur spécifique plus élevée?

La relation entre l’Ă©nergie reçue Q et le changement de tempĂ©rature ΔT est:

gras italique Q gras Ă©gal gras m gras. gras c gras. bold increment bold T

Dans le graphique Q vs ΔT, la pente de la droite est Ă©gale Ă  mc Puisque les masses m sont Ă©gales, plus la pente est grande, plus la chaleur spĂ©cifique c est Ă©levĂ©e. Ainsi, l’Ă©chantillon A est constituĂ© du matĂ©riau avec la chaleur spĂ©cifique la plus Ă©levĂ©e car il a la pente la plus Ă©levĂ©e.

Les références

Lide, DR Ă©d. CRC Handbook of Chemistry and Physics. Version Internet 2005, http://www.hbcpnetbase.com. CRC Press, Boca Raton, Floride.

Sears, F., Zemansky, M., Young, H, D., Freedman, RA (2009) University Physics volume 1, 12e Ă©dition. Pearson Education, Mexique.

 

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