Capacité thermique

Quelle est la capacité thermique?

La capacité thermique d'un corps ou d'un système est le quotient qui se traduit entre l'énergie thermique transmise à ce corps et le changement de température qu'il subit dans ce processus. Une autre définition plus précise est qu'elle fait référence à la quantité de chaleur nécessaire pour transmettre à un corps ou un système afin que sa température augmente un degré de Kelvin.

Il arrive en continu que les corps les plus chauds donnent de la chaleur aux corps les plus froids d'un processus qui s'étend alors qu'il y a une différence de température entre les deux corps en contact. Ainsi, la chaleur est l'énergie qui est transmise d'un système à l'autre par le simple fait qu'il y a une différence de température entre eux.

Par accord, il est défini comme la chaleur (Q) positive qui est absorbée par un système, et comme une chaleur négative qui est attribuée par un système.

À partir de ce qui précède, il s'ensuit que tous les objets n'absorbent pas et ne conservent pas la chaleur avec la même facilité; Ainsi, certains matériaux sont chauffés plus facilement que d'autres.

Il convient de tenir compte du fait que, en fin de compte, la capacité thermique d'un corps dépend de la nature et de la composition de la même.

Formules, unités et mesures

La capacité thermique peut être déterminée en fonction de l'expression suivante:

C = dq / dt

SI Le changement de température est suffisamment petit, l'expression précédente peut être simplifiée et remplacée par ce qui suit:

C = q / Δt

Ensuite, l'unité de mesure de la capacité thermique dans le système international est en juillet par Kelvin (J / K).

La capacité thermique peut être mesurée à une pression constante C_p ou à un volume constant C_V.

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Chaleur spécifique

Souvent, la capacité thermique d'un système dépend de sa quantité de substance ou de sa masse. Dans ce cas, lorsqu'un système est composé d'une seule substance avec des caractéristiques homogènes, la chaleur spécifique est nécessaire, également appelée capacité thermique spécifique (C).

Ainsi, la chaleur de masse spécifique est la quantité de chaleur qui doit être fournie à l'unité de masse d'une substance pour augmenter sa température à un degré de Kelvin, et peut être déterminée en fonction de l'expression suivante:

C = q / m Δt

Dans cette équation m est la masse de la substance. Par conséquent, l'unité de mesure de la chaleur spécifique dans ce cas est en juillet par kilogramme par Kelvin (J / kg K), ou également juillet par gramme par Kelvin (J / G K K).

De même, la chaleur molaire spécifique est la quantité de chaleur qui doit être fournie à une mole d'une substance pour augmenter sa température à un degré de Kelvin. Et il peut être déterminé à partir de l'expression suivante:

C = q / n Δt

Dans cette expression n est le nombre de moles de substance. Cela implique que l'unité de chaleur spécifique de la chaleur.

Chaleur d'eau spécifique

Les chaleurs spécifiques de nombreuses substances sont calculées et facilement accessibles dans les tableaux. La valeur de chaleur spécifique de l'eau à l'état liquide est de 1000 calories / kg k = 4186 J / kg kg. Au contraire, la chaleur spécifique de l'eau à l'état gazeux est de 2080 j / kg k et à l'état solide 2050 j / kg kg.

Transmission de chaleur

De cette manière et comme les valeurs spécifiques de la grande majorité des substances sont déjà calculées, il est possible de déterminer la transmission de la chaleur entre deux corps ou systèmes avec les expressions suivantes:

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Q = c m Δt

Ou si la chaleur molaire spécifique est utilisée:

Q = c n Δt

Il convient de garder à l'esprit que ces expressions permettent de déterminer les flux de chaleur à condition qu'un changement d'état ne se produise pas.

Dans les processus de changement de statut, on parle de la chaleur latente (L), qui est définie comme l'énergie nécessaire à une quantité de substance pour modifier la phase ou l'état, soit du solide au liquide (fusion de la chaleur, L_F) ou du liquide à gazeux (chaleur de vaporisation, L_V).

Il convient de prendre en compte qu'une telle énergie sous forme de chaleur est entièrement consommée dans le changement de phase et ne revient pas à une variation de température. Dans de tels cas, les expressions pour calculer le flux de chaleur dans un processus de vaporisation sont les suivantes:

Q = L_V m

Si la chaleur molaire spécifique est utilisée: q = l_V n

Dans un processus de fusion: q = l_F  m

Si la chaleur molaire spécifique est utilisée: q = l_F n

En général, comme avec la chaleur spécifique, les chaleurs latentes de la plupart des substances sont déjà calculées et sont facilement accessibles dans les tables. Ainsi, par exemple, dans le cas de l'eau, vous devez:

L_F  = 334 kJ / kg (79,7 chaux / g) à 0 ° C; L_V = 2257 kJ / kg (539,4 chaux / g) à 100 ° C.

Exemple

Dans le cas de l'eau, si une masse de congélation (glace) de 1 kg est chauffée d'une température de -25 ºC à une température de 125 ºC (vapeur d'eau), la chaleur consommée dans le processus serait calculée comme suit:

Étape 1

Glace de -25 ºC à 0 ºC.

Q = C M ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Étape 2

Changement de l'état de glace en eau liquide.

Q = L_F  M = 334000 1 = 334000 J

Étape 3

Eau liquide de 0 ºC à 100 ºC.

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Q = C M ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Étape 4

Changement de l'état d'eau liquide d'eau.

Q = L_V M = 2257000 1 = 2257000 J

Étape 5

Vapeur d'eau de 100 ºC à 125 ° C.

Q = C M ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Ainsi, le flux de chaleur total dans le processus est la somme du produit dans chacune des cinq étapes et entraîne 31112850 J.