Capacité calorifique et chaleur spécifique

Kim et Philippe veulent faire du thé. Il y a trop d’eau, Philippe ! Ça va mettre une éternité à bouillir ! Kim a raison. Faire bouillir beaucoup d'eau nécessite plus de temps et d'énergie. Pourquoi ?

Lorsque tu chauffes de l'eau, tu transfères l'énergie thermique de la cuisinière à l'eau. Ensuite, la température de l'eau augmente car les particules à l'intérieur commencent à se déplacer plus rapidement. L'eau absorbe de l'énergie thermique, qui se transforme en énergie de mouvement - énergie cinétique des particules. L'énergie est stockée, sous cette forme, dans l'eau. La quantité de chaleur qu'une substance peut absorber et stocker est sa CAPACITÉ CALORIFIQUE.

La capacité calorifique dépend de trois facteurs : - la variation de température - la quantité de cette substance - et de quelle substance il s'agit. Une température plus élevée signifie une énergie cinétique plus élevée des atomes. Ainsi, plus on élève la température, plus l'énergie est stockée dans la matière. La quantité de substance est importante, car elle détermine le nombre de particules. Chaque particule à l'intérieur d'une substance stocke de l'énergie, donc plus elles sont nombreuses, plus elles peuvent absorber et stocker d'énergie.

Il serait peu pratique de compter les particules, on utilise donc simplement la masse pour exprimer cette quantité. Pour voir quel type de matière a à voir avec la capacité thermique, faisons une expérience ! On commence par prendre deux béchers en verre identiques. On remplit l'un d'eux avec de l'eau et l'autre avec la même quantité d'éthanol. Plaçons-les sous la même chaleur pendant un temps identique - 60 secondes.

Maintenant, si on mesure la température dans chaque récipient, y aura-t-il une différence ? Voyons ça... L'éthanol est beaucoup plus chaud que l'eau ! En effet, l'éthanol et l'eau sont constitués de molécules différentes, qui sont connectées et disposées de différentes manières. Dans certaines substances, il est plus facile pour les atomes de se déplacer - l'énergie cinétique augmente plus rapidement, ainsi que la température.

D'autres substances, comme l'eau, devront absorber plus d'énergie de l'extérieur pour déplacer les atomes. L'énergie cinétique des atomes augmentera lentement, de même que la température. La quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d'un kilogramme d'une substance d'un degré Celsius ou d'un Kelvin est spécifique à cette substance. Cette propriété s'appelle la CAPACITÉ THERMIQUE MASSIQUE - ou simplement CHALEUR SPÉCIFIQUE. Les substances avec une chaleur spécifique élevée, comme l'eau, peuvent absorber et stocker plus de chaleur que celles avec une chaleur spécifique plus faible - comme l'éthanol.

Pour de nombreuses substances, on peut trouver la valeur de la chaleur spécifique dans un tableau. Mais que se passe-t-il si on a un objet dont on ne sait pas de quoi il est fait - comme cette boule de métal ? On ne peut pas trouver sa chaleur spécifique dans le tableau - mais on peut la calculer nous-mêmes ! On sait qu'il pèse un demi-kilogramme, et pour le chauffer de 50 Kelvins, on a besoin de 3250 unités d'énergie - Joules. On peut prendre ces données et les mettre dans une formule : Énergie - 3250 Joules divisées par la masse - un demi -kilogramme et la différence de température - 50 Kelvins.

On obtient le résultat - la chaleur spécifique de ce métal est égale à 130 Joules par kilogramme Kelvin Hmmm, si la chaleur spécifique de l'eau est d'environ 4200 Joules par kilogramme Kelvin, peux-tu dire qui se réchauffe le plus facilement - un demi-kilogramme d'eau ou cette boule de métal… ?