Formules, unités et mesures de capacité calorifique



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

Il arrive continuellement que les corps les plus chauds donnent de la chaleur aux corps les plus froids dans un processus qui dure tant qu'il existe une différence de température entre les deux corps en contact. Ensuite, la chaleur est l'énergie transmise d'un système à un autre par le simple fait qu'il existe une différence de température entre eux.

Par accord, il est défini comme chaleur (Q) positif ce qui est absorbé par un système, et la chaleur négative qui est transférée par un système.

De ce qui précède, on en déduit que tous les objets n'absorbent et ne conservent pas la chaleur avec la même facilité; ainsi, certains matériaux sont chauffés plus facilement que d'autres.

Il faut tenir compte du fait que, finalement, la capacité thermique d'un corps dépend de sa nature et de sa composition.

Index

  • 1 formules, unités et mesures
  • 2 chaleur spécifique
    • 2.1 Chaleur spécifique de l'eau
    • 2.2 Transmission de chaleur
  • 3 exemple
    • 3.1 Étape 1
    • 3.2 Étape 2
    • 3.3 Etape 3
    • 3.4 Étape 4
    • 3.5 étape 5
  • 4 références

Formules, unités et mesures 

La capacité thermique peut être déterminée à partir de l'expression suivante:

C = dQ / dT

SSi le changement de température est suffisamment faible, l'expression ci-dessus peut être simplifiée et remplacée par ce qui suit:

C = Q / ΔT

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

La capacité thermique peut être mesurée à pression constante Cp ou à volume constant Cv.

Chaleur spécifique

Souvent, la capacité calorifique d'un système dépend de sa quantité de substance ou de sa masse. Dans ce cas, lorsqu'un système est constitué d'une seule substance ayant des caractéristiques homogènes, une chaleur spécifique est requise, également appelée capacité thermique spécifique (c).

Ainsi, la chaleur spécifique à la masse est la quantité de chaleur qui doit être fournie à l'unité de masse d'une substance pour augmenter sa température d'un degré Kelvin et peut être déterminée à partir 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 juillet par kilogramme par kelvin (J / kg K), ou également le juillet par gramme par kelvin (J / g K).

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

c = Q / n ΔT

Dans ladite expression, n est le nombre de moles de la substance. Ceci implique que l'unité de mesure de la chaleur spécifique dans ce cas est juillet par mole par kelvin (J / mol K).

Chaleur spécifique de l'eau

Les chaleurs spécifiques de nombreuses substances sont calculées et facilement accessibles dans des tableaux. La valeur de la chaleur spécifique de l'eau liquide est de 1000 cal / kg K = 4186 J / kg K. A l'inverse, la chaleur spécifique de l'eau gazeuse est de 2080 J / kg K et solide état 2050 J / kg K.

Transmission de chaleur

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

Q = c m ΔT

Ou si la chaleur spécifique molaire est utilisée:

Q = c n ΔT

Il convient de prendre en compte que ces expressions permettent de déterminer les flux de chaleur tant qu’il n’ya pas de changement d’état.

Dans le processus de changement d'état exprimant la chaleur latente (L), définie comme étant l'énergie nécessaire pour une quantité de substance à changement de phase ou d'état, soit de solide à liquide (chaleur de fusion, Lf) ou de liquide à gazeux (chaleur de vaporisation, Lv).

Il faut tenir compte du fait qu'une telle énergie sous forme de chaleur est consommée entièrement dans le changement de phase et n'inverse pas une variation de la température. Dans de tels cas, les expressions permettant de calculer le flux de chaleur dans un processus de vaporisation sont les suivantes:

Q = Lv m

Si la chaleur spécifique molaire est utilisée: Q = Lv n

Dans un processus de fusion: Q = Lf m

Si la chaleur spécifique molaire est utilisée: Q = Lf n

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

Lf = 334 kJ / kg (79,7 cal / g) à 0 ° C; Lv = 2257 kJ / kg (539,4 cal / g) à 100 ° C

Exemple

Dans le cas de l'eau, si une masse d'eau glacée (glace) de 1 kg est chauffée d'une température de -25 ° C à une température de 125 ° C (vapeur d'eau), la chaleur consommée dans le procédé sera calculée comme suit :

Étape 1

Glace de -25 ºC à 0 ºC.

Q = c m ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Étape 2

Changement d'état de glace en eau liquide.

Q = Lf m = 334000 1 = 334000 J

Étape 3

Eau liquide de 0 ºC à 100 ºC.

Q = c m ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Étape 4

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

Q = Lv m = 2257000 1 = 2257000 J

Étape 5

Vapeur d'eau de 100 ºC à 125 ºC.

Q = c m ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Ainsi, le flux de chaleur total dans le processus est la somme de celle produite dans chacune des cinq étapes et donne 31112850 J.

Références

  1. Resnik, Halliday & Krane (2002).Physique Volume 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, éd.Le monde de la chimie physique. Capacité calorifique (n.d.). Dans Wikipedia. Récupéré le 20 mars 2018 de en.wikipedia.org.
  3. Chaleur latente (n.d.). Dans Wikipedia. Récupéré le 20 mars 2018 de en.wikipedia.org.
  4. Clark, John, O.E. (2004).Le dictionnaire essentiel de la science. Barnes & Noble Books.
  5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010).Chimie physique, (première édition 1978), neuvième édition 2010, Oxford University Press, Oxford UK.