Introduction à la capacité thermique spécifique
Qu'est-ce que la capacité thermique spécifique ?
La capacité thermique spécifique est une propriété qui décrit la quantité d'énergie thermique nécessaire pour élever la température d'une unité de masse d'une substance d'un degré Celsius. Il s'agit d'un concept fondamental de la thermodynamique qui joue un rôle crucial pour comprendre comment les différents matériaux réagissent à la chaleur.
Comment calculer la capacité thermique spécifique
La capacité thermique spécifique(cc) d'une substance est la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d'une unité de masse de la substance d'un degré Celsius (ou d'un Kelvin). L'équation de la capacité thermique spécifique est la suivante
Q=m*c*ΔT
Où :
- Q = énergie thermique ajoutée (Joules, J)
- m = Masse de la substance (kg)
- c = Capacité thermique spécifique (J/kg-°C ou J/kg-K)
- ΔT = Changement de température (°C ou K)
Capacité thermique spécifique et capacité thermique
Bien que les deux termes se rapportent à l'énergie thermique, la capacité thermique spécifique et la capacité calorifique sont des concepts distincts. La capacité thermique fait référence à la quantité d'énergie thermique nécessaire pour modifier la température d'un objet entier, quelle que soit sa masse. En revanche, la capacité thermique spécifique est la quantité d'énergie thermique nécessaire pour augmenter la température d'une unité de masse d'une substance d'un degré Celsius.
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Caractéristique |
Capacité thermique spécifique |
Capacité thermique |
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Définition |
Chaleur nécessaire pour augmenter la température de 1g de 1°C |
Chaleur nécessaire pour augmenter la température d'un objet |
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Unités |
J/(g-°C) |
J/°C |
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Dépendance de la masse |
Indépendante |
Dépend de la masse |
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Exemple d'application |
Calcul de la chaleur pour 100g d'eau |
Détermination de la chaleur pour une barre de métal de 1 kg |
Exemples de capacité thermique spécifique
Des matériaux différents ont des capacités thermiques spécifiques différentes. Par exemple :
- L'eaua une capacité calorifique spécifique élevée, ce qui la rend efficace pour réguler les températures.
- L'aluminium a une capacité calorifique spécifique inférieure à celle de l'eau, ce qui signifie qu'il se réchauffe et se refroidit rapidement.
- Le fer a une capacité calorifique spécifique encore plus faible, c'est pourquoi il est utilisé dans des applications nécessitant des changements de température rapides.
Voici un tableau présentant la capacité calorifique spécifique de différentes substances :
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Substance |
Capacité thermique spécifique (J/kg-°C ou J/kg-K) |
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Eau |
4186 |
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Glace |
2090 |
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Fer |
450 |
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Cuivre |
385 |
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Aluminium |
900 |
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Plomb |
128 |
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Verre |
840 |
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Éthanol |
2430 |
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Bois (chêne) |
1700 |
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Air (à 20°C) |
1005 |
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Or |
129 |
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Mercure |
138 |
Pour plus d'informations, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).
Questions fréquemment posées
Quels sont les facteurs qui influencent la capacité thermique spécifique ?
Les facteurs comprennent la structure moléculaire du matériau, la phase de la matière et la température.
Pourquoi l'eau a-t-elle une capacité calorifique spécifique élevée ?
La liaison hydrogène de l'eau lui permet d'absorber plus de chaleur sans changement significatif de température.
Comment la capacité calorifique spécifique est-elle utilisée dans la vie réelle ?
Elle est utilisée pour concevoir des systèmes de chauffage et de refroidissement, pour cuisiner et pour comprendre la dynamique du climat.
La capacité thermique spécifique peut-elle varier en fonction de la température ?
Oui, pour certains matériaux, la capacité thermique spécifique varie avec la température.
La capacité thermique spécifique est-elle la même pour tous les états de la matière ?
Non, les différents états (solide, liquide, gazeux) d'une même substance peuvent avoir des capacités thermiques spécifiques différentes.
