chaleur spécifique est le montant de Chauffer nécessaire pour qu'il soit possible de faire varier la température d'une substance ou d'un matériau de 1 °C. Il est proportionnel à la quantité de chaleur reçue ou donnée par la substance et peut être calculé à l'aide d'une formule qui implique la chaleur, la masse et la température.
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Sujets dans cet article
- 1 - Résumé sur la chaleur spécifique
- 2 - Qu'est-ce que la chaleur spécifique ?
- 3 - Table de chaleur spécifique
- 4 - Formule de chaleur spécifique
- 5 - Comment calculer la chaleur spécifique ?
- 6 - Facteurs affectant la chaleur spécifique
- 7 - Chaleur spécifique et capacité thermique
- 8 - Chaleur spécifique molaire
-
9 - Chaleur latente et chaleur sensible
- → chaleur latente
- → Chaleur sensible
- 10 - Exercices résolus sur chaleur spécifique
Résumé de la chaleur spécifique
La chaleur spécifique est la quantité de chaleur nécessaire pour modifier la température d'une substance ou d'un matériau de 1 °C.
Certains facteurs qui affectent la chaleur spécifique sont: les forces intermoléculaires, les impuretés dans les substances, la masse molaire et les degrés de liberté.
La chaleur spécifique peut être trouvée par la relation entre la capacité calorifique et la masse de la substance.
La chaleur spécifique molaire est la quantité de chaleur par mole de substance nécessaire pour modifier la température d'une substance de 1°C.
La chaleur latente est la chaleur nécessaire pour modifier l'état physique d'une substance sans élever sa température.
La chaleur sensible est la chaleur nécessaire pour modifier la température d'une substance sans modifier son état physique.
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Qu'est-ce que la chaleur spécifique ?
la chaleur spécifique est La quantité de L'énérgie thermique fourni à une substance de sorte que sa température varie de 1 °C. Tous les liquides, solides et gaz ont pour eux une chaleur spécifique qui caractérise leur comportement lorsqu'ils sont soumis à une source de chaleur.
cette chaleur est proportionnel à celui fourni par la substance, donc si nous augmentons la chaleur spécifique, la quantité de chaleur nécessaire pour que la substance change de température augmentera également.
Par exemple, la chaleur spécifique de l'aluminium provient \(0,215\cal/g\bullet°C\), tandis que celle de l'eau est \(1\cal/g\bullet°C\), ce qui signifie que l'eau a besoin de recevoir plus de chaleur que l'aluminium pour augmenter sa température. L'eau perdra également de la chaleur plus facilement que l'aluminium.
Table de chaleur spécifique
La chaleur spécifique indique la chaleur précise pour qu'une substance varie de 1 ° C et peut subir une augmentation ou une diminution de sa température. Dans le tableau ci-dessous, nous pouvons voir les valeurs de chaleur spécifiques de diverses substances et matériaux.
substance ou matière |
chaleur spécifique (\({cal}/{g}\bullet°C\)) |
Acier |
0,1 |
eau fraiche |
1 |
Eau salée |
0,93 |
Alcool éthylique |
0,58 |
Aluminium |
0,215 |
Air |
0,24 |
Le sable |
0,2 |
Carbone |
0,12 |
Conduire |
0,0305 |
Cuivre |
0,0923 |
Éthanol |
0,58 |
Le fer |
0,11 |
Glace (-10°C) |
0,53 |
Granit |
0,19 |
Hydrogène |
3,4 |
Laiton |
0,092 |
Bois |
0,42 |
Mercure |
0,033 |
Azote |
0,25 |
Or |
0,03 |
Oxygène |
0,22 |
Argent |
0,0564 |
Tungstène |
0,0321 |
Verre |
0,2 |
Formule chaleur spécifique
Nous pouvons calculer la chaleur spécifique en utilisant la formule de la quantité de chaleur, représentée ci-dessous :
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
ç → chaleur spécifique, mesurée en \([J/(kg\puce K)]\) ou \([cal/g\bullet°C]\).
Q → quantité de chaleur, mesurée en Joule [J] ou calories [cal].
m → masse, mesurée en kilogramme [kg] ou en gramme [g].
\(∆T \) → variation de température, mesurée en Kelvin [K] ou Celsius [°C].
LA variation de température peut être calculé à l'aide de la formule suivante :
\(∆T=T_f-T_i\)
\(∆T\) → variation de température, mesurée en Kelvin [K] ou Celsius [°C].
\(T_f \) → température finale, mesurée en Kelvin [K] ou Celsius [°C].
\(Tu\) → température initiale, mesurée en Kelvin [K] ou Celsius [°C].
Important: Bien que les quantités ci-dessus soient mesurées en Joule, kilogramme et Kelvin dans le Système international d'unités (OUI), il est plus courant d'utiliser calorie, gramme et Celsius. Il est possible de convertir une calorie en Joule, en considérant que 1 cal équivaut à 4,186 J.
Pour convertir des grammes en kilogrammes, rappelez-vous simplement que 1 g équivaut à 0,001 kg. De plus, pour transformer Celsius en Kelvin, il suffit d'ajouter à la température de Celsius la valeur de 273,15, soit 100 °C = 373,15 K.
Comment calculer la chaleur spécifique ?
La chaleur spécifique peut être calculée à l'aide de la formule qui la relie à la quantité de chaleur, à la masse et à la température de la substance ou du matériau.
Exemple:
Quelle est la chaleur spécifique d'un objet d'une masse de 100 g qui a reçu 1000 cal et dont la température a varié de 15 °C jusqu'à atteindre 35 °C ?
Résolution:
comme tout unités de mesure sont dans leur forme la plus courante, aucune conversion n'est nécessaire. Nous utiliserons la formule de la chaleur spécifique, qui implique la chaleur, la masse et la température :
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
\(c=\frac{Q}{m\bullet (T_f-T_i)}\)
En substituant les valeurs données dans la déclaration, nous avons:
\(c=\frac{1000}{100\bullet (35-15)}\)
\(c=\frac{1000}{100\bullet (20)}\)
\(c=\frac{1000}{2000}\)
\(c=0.5\)
Par conséquent, la chaleur spécifique de l'objet est\(0.5\cal/g\bullet°C\).
Facteurs qui affectent la chaleur spécifique
Il y a quelques facteurs qui peuvent affecter des variations de chaleur spécifiques. Voir ci-dessous.
forces intermoléculaires: La chaleur spécifique varie proportionnellement à la force intermoléculaire de la molécule, et plus la liaison est grande, plus l'énergie nécessaire pour la rompre est grande. En règle générale, les molécules contenant des liaisons hydrogène sont celles qui contiennent des valeurs élevées de chaleur spécifique.
Impuretés : La chaleur spécifique peut varier avec la quantité d'impuretés dans le matériau, même si ces impuretés sont nécessaires à la formation du matériau.
Masse molaire: La chaleur spécifique peut également varier en fonction de la masse molaire de la substance.
Degrés de liberté: La chaleur spécifique molaire, telle que nous l'avons étudiée dans Thermodynamique, varie selon les degrés de liberté d'une molécule. En bref, c'est la liberté de mouvement d'une molécule, et elle peut avoir des mouvements de translation, de rotation et d'oscillation.
Chaleur spécifique et capacité calorifique
Aussi appelée capacité calorifique, la capacité calorifique est une constante de proportionnalité qui relie la chaleur reçue ou perdue par un corps à sa variation de température. Il est possible de calculer la chaleur spécifique à travers la capacité calorifique et la masse de la substance ou du matériau avec la formule :
\(c=\frac{C}{m}\)
ç → chaleur spécifique, mesurée en \([J/kg\puce K]\) ou \([cal/g\bullet°C]\).
Ç → capacité calorifique, mesurée en \([J/K]\) ou \([cal/°C]\).
m → masse, mesurée en kilogramme [kg] ou en gramme [g].
Sachez aussi: Dilatation thermique des solides - le phénomène résultant de l'augmentation de la température d'un corps
chaleur spécifique molaire
La chaleur spécifique molaire exprime la quantité de chaleur spécifique d'une substance dans Môle, contrairement à la chaleur spécifique, où la quantité de matière est exprimée en kilogrammes. Puisque nous travaillons avec des molécules dont la taille est minuscule, il est plus avantageux d'exprimer leur quantité en moles qu'en kilogrammes ou autres unités.
\(1\ mol=6.02\times{10}^{23}\ unités\ élémentaires\ de\ toute\ substance\)
Par exemple, 1 mole d'aluminium équivaut à \(6.02\fois{10}^{23}\) atomes d'aluminium.
La formule de calcul de la chaleur spécifique molaire est la même que celle utilisée pour calculer la chaleur spécifique, mais elles diffèrent par l'unité de mesure - pour la chaleur spécifique molaire, utilisez \(cal/mol\bullet°C\).
Chaleur latente et chaleur sensible
La chaleur peut être classée comme latent ou sensible. Voir ci-dessous.
→ chaleur latente
O chaleur latente est celle nécessaire pour changer l'état physique d'une substance sans élever sa température. Il peut être calculé par la formule :
\(Q=m\puce L\)
Q → quantité de chaleur, mesurée en Joule [J] ou calories [cal] .
m → masse, mesurée en kilogramme [kg] ou en gramme [g] .
L → chaleur latente, mesurée en \([J/kg]\) ou \([cal/g]\).
→ chaleur sensible
La chaleur sensible est la chaleur nécessaire pour modifier la température d'une substance sans modifier son état physique. Il peut être calculé par la formule :
\(Q=m\puce c\puce∆T\)
Q → quantité de chaleur, mesurée en Joule [J] ou calories [cal] .
m → masse, mesurée en kilogramme [kg] ou en gramme [g].
ç → chaleur spécifique, mesurée en \([J/(kg\puce K)]\) ou \([cal/g\bullet°C]\).
∆T → variation de température, mesurée en Kelvin [K] ou Celsius [°C].
Exercices résolus sur chaleur spécifique
question 1
(UFPR) Pour chauffer 500 g d'une certaine substance de 20 °C à 70 °C, il fallait 4000 calories. La capacité calorifique et la chaleur spécifique sont respectivement :
A) 8 cal/°C et 0,08 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
B) 80 cal/°C et 0,16 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
C) 90 cal/°C et 0,09 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
D) 95 cal/°C et 0,15 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
E) 120 cal/°C et 0,12 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Résolution:
Variante B
Nous trouverons la valeur de la capacité calorifique à l'aide de la formule :
\(C=\frac{Q}{∆T}\)
\(C=\frac{4000\ }{70-20}\)
\(C=\frac{4000\cal}{50}\)
\(C=80\cal/°C\)
Enfin, nous calculerons la valeur de la chaleur spécifique :
\(4000=500\bullet c\bullet50\)
\(4000=25000\puce c\)
\(\frac{4000}{25000}=c\)
\(0.16\frac{cal}{g °C}=c\)
question 2
(PUC-RS) Un corps homogène A, de masse 200 g, change sa température de 20 °C à 50 °C lorsqu'il reçoit 1200 calories d'une source thermique. Pendant tout l'échauffement, le corps A reste en phase solide. Un autre corps homogène B, constitué de la même substance que le corps A, a le double de sa masse. Quelle est, en cal/g°C, la chaleur spécifique de la substance de B ?
A) 0,1
B) 0,2
C) 0,6
D) 0,8
E) 1.6
Résolution:
Variante B
Nous allons calculer la chaleur spécifique du matériau A en utilisant la formule de chaleur sensible :
\(Q=m\bullet c\bullet\mathrm{\Delta T}\)
\(1200=200\bullet c\bullet (50-20)\)
\(1200=200\bullet c\bullet30\)
\(1200=6000\puce c\)
\(c=\frac{1200}{6000}\)
\(c=0.2\cal/g°C\)
La chaleur spécifique du corps B aura la même valeur que la chaleur spécifique du corps A, puisqu'ils sont constitués de la même substance.
Par Pâmella Raphaella Melo
Professeur de physique
