Chaleur spécifique: qu'est-ce que c'est, formule et exercices

La chaleur spécifique (c) est une quantité physique liée à la quantité de chaleur qui produit une variation thermique, caractéristique de chaque matériau.

De cette façon, il détermine la quantité de chaleur nécessaire pour la variation de 1 °C de 1g de la substance.

Tableau de chaleur spécifique

Rappelez-vous que chaque substance a une chaleur spécifique. Consultez ci-dessous un tableau avec 15 substances et les valeurs thermiques spécifiques de chacune.

Substance	Chaleur spécifique (cal/g.ºC)
L'eau	1 cal/g.°C
Alcool éthylique	0,58 cal/g.°C
Aluminium	0,22 cal/g.°C
Air	0,24 cal/g.°C
Le sable	0,2 cal/g.°C
Carbone	0,12 cal/g.°C
Conduire	0,03 cal/g.°C
Cuivre	0,09 cal/g.°C
Le fer	0,11 cal/g.°C
Glace	0.50 cal/g.°C
Hydrogène	3,4 cal/g.°C
bois	0,42 cal/g.°C
Azote	0,25 cal/g.°C
Oxygène	0,22 cal/g.°C
Verre	0,16 cal/g.°C

Selon les données du tableau, l'eau a une chaleur spécifique de 1 cal/g.ºC. Cela signifie que l'énergie de 1 cal est nécessaire pour une variation de 1 °C dans 1 g d'eau.

Formule de chaleur spécifique

Pour calculer la chaleur spécifique des substances, la formule suivante est utilisée:

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c = Q/m. T ou alors c = C/m

Où,

ç: chaleur spécifique (cal/g°C ou J/Kg. K)
Q: quantité de chaleur (chaux ou J)
m: masse (g ou kg)
T: variation de température (°C ou K)
Ç: capacité thermique (cal/°C ou J/K)

Dans le Système International (SI), la chaleur spécifique est mesurée en J/Kg. K (Joule par kilogramme et par Kelvin). Cependant, il est très courant d'être mesuré en cal/g°C (calories par gramme et par degré Celsius).

1 cal = 4,186 J

Chaleur molaire spécifique

La chaleur spécifique molaire, également appelée capacité thermique molaire, est déterminée par la relation entre la capacité thermique et le nombre de moles présentes.

Ainsi, lorsque la capacité calorifique d'une substance est donnée à une mole de cette substance, on l'appelle chaleur spécifique molaire.

Chaleur spécifique et capacité thermique

Un autre concept lié à la chaleur spécifique est celui de capacité thermique (Ç).

Cette grandeur physique est déterminée par la quantité de chaleur fournie à un corps et la variation de température subie par celui-ci.

Il peut être calculé par la formule suivante :

C = Q/ΔT

Où,

Ç: capacité thermique (cal/°C ou J/K)
Q: quantité de chaleur (chaux ou J)
T: variation de température (°C ou K)

Exemple: Si un corps a reçu 100 cal et sa température a varié de 25°C, alors sa capacité calorifique est de 4 cal/°C car

C = Q/ΔT
C = 100 cal / 25 °C
C = 4 cal/°C

Cela signifie que pour varier de 1°C par rapport à sa température, le corps a besoin de recevoir 4 calories.

La capacité thermique et la chaleur spécifique sont liées par la formule :

c = C/m

Où,

Ç: capacité thermique (cal/°C ou J/K)
m: masse (g ou kg)
ç: chaleur spécifique (cal/g°C ou J/Kg. K)

Si dans l'exemple utilisé ci-dessus le corps a une masse de 10 grammes, alors sa chaleur spécifique est de 0,4 cal/g.ºC, car

c = C/m
c = 4 cal/°C / 10 g
c = 0,4 cal/g.°C

Par conséquent, 1 gramme de la substance a besoin de 0,4 cal pour varier de 1 °C par rapport à sa température.

Chaleur latente et chaleur sensible

En plus de la chaleur spécifique, il existe d'autres formes de chaleur, dont les suivantes se distinguent :

chaleur latente (L): correspond à la quantité de chaleur reçue ou donnée par un corps. Dans ce cas, votre température reste la même pendant que votre état physique change.

Dans le système international (SI), la chaleur latente est mesurée en J/Kg (Joule par kilogramme), cependant, elle peut être mesurée en cal/g (calorie par gramme). Il est calculé par la formule suivante :

Q = m. L

Où,

Q: quantité de chaleur (chaux ou J)
m: masse (g ou kg)
L: chaleur latente (cal/g ou J/Kg)

Noter: Contrairement à la chaleur spécifique, la chaleur latente ne dépend pas de la température. En effet, lorsque des changements d'état se produisent, la température ne varie pas. Par exemple, un glaçon fondant, la température de l'eau à l'état solide et liquide est la même.

Chaleur sensible: correspond à la variation de température d'un corps, par exemple, lorsque l'on chauffe une barre métallique. Dans cette expérience, la température du métal augmente, cependant, son état physique (solide) ne change pas.

Il est calculé par la formule suivante :

Q = m. ç. Δθ

Q: quantité de chaleur sensible (chaux ou J)
m: masse corporelle (g ou kg)
ç: chaleur spécifique de la substance (cal/g°C ou J/Kg°C)
Δθ: variation de température (°C ou K)

Lisez aussi à propos de: Calorimétrie

Exercices d'examen d'entrée avec rétroaction

question 1

(Mackenzie) Un matin de ciel bleu, un nageur sur la plage constate que le sable est très chaud et que l'eau de mer est très froide. La nuit, ce même baigneur constate que le sable de la plage est doux et que l'eau de mer est chaude. Le phénomène observé est dû au fait que :

a) la densité de l'eau de mer est inférieure à celle du sable.
b) la chaleur spécifique du sable est inférieure à la chaleur spécifique de l'eau.
c) le coefficient de dilatation thermique de l'eau est supérieur au coefficient de dilatation thermique du sable.
d) la chaleur contenue dans le sable, la nuit, se propage à l'eau de mer.
e) l'agitation de l'eau de mer ralentit son refroidissement.

Voir la réponse

Alternative correcte: b) la chaleur spécifique du sable est inférieure à la chaleur spécifique de l'eau.

La valeur de la chaleur spécifique dépend de la substance qui compose le corps. Dans ce cas, l'eau a une chaleur spécifique plus élevée que le sable et, par conséquent, une plus grande quantité de chaleur est nécessaire pour faire varier la température de 1 gramme d'eau que pour 1 gramme de sable.

question 2

(UFPR) Pour chauffer 500 g d'une certaine substance de 20°C à 70°C, il fallait 4000 calories. La capacité thermique et la chaleur spécifique sont respectivement :

a) 8 cal/°C et 0,08 cal/g.°C
b) 80 cal/°C et 0,16 cal/g. °C
c) 90 cal/°C et 0,09 cal/g. °C
d) 95 cal/°C et 0,15 cal/g. °C
e) 120 cal/ºC et 0,12 cal/g. °C

Voir la réponse

Alternative correcte: b) 80 cal/ºC et 0,16 cal/g. °C

La capacité thermique est calculée à l'aide de la formule C = Q/Δθ et est liée mathématiquement à la chaleur spécifique par C = m.c

En remplaçant les données de l'instruction dans les formules, nous avons :

$C droit espace égal à l'espace numérateur droit Q au-dessus du dénominateur incrément droit thêta fin de la fraction espace égal au numérateur 4000 espace au-dessus du dénominateur 70 espace moins espace 20 fin de fraction égal au numérateur de l'espace 4000 espace cal sur le dénominateur 50 espace º droit C fin de fraction égale à 80 cal espace divisé par º droit C droit C espace égal à l'espace droit m espace. espace droit c espace double flèche vers la droite droite c espace égal à l'espace droit C sur la droite m égal au numérateur 80 espace cal divisé par º droit C sur dénominateur 500 espace droit g fin de fraction égale à 0 virgule 16 espace cal divisé par droit g espace º droit C$

question 3

(UFU) 240 g d'eau (chaleur spécifique égale à 1 cal/g°C) sont chauffées en absorbant 200 W de puissance sous forme de chaleur. Considérant 1 cal = 4 J, l'intervalle de temps nécessaire à cette quantité d'eau pour faire varier sa température de 50 °C sera de ?

a) 1 minute
b) 3 minutes
c) 2 minutes
d) 4 minutes

Voir la réponse

Alternative correcte: d) 4 min

1ère étape: calculer la quantité de chaleur