La capacité thermique (également appelée capacité thermique) est une propriété qui indique la quantité totale de chaleur qu'une substance ou un système peut absorber ou libérer lorsque sa température change. Il représente la capacité d'un objet ou d'un système à stocker de l'énergie thermique.
C'est une thermodynamique extensive ce qui signifie que sa valeur dépend de la quantité de matière. De plus, sa valeur dépend d'autres propriétés telles que la masse de l'objet ou du système, sa composition chimique, sa structure et sa capacité à stocker l'énergie thermique.
Définition Qu'est-ce que la capacité calorifique ?
La définition de la capacité calorifique peut être définie comme la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d'un objet ou d'un système d'une unité de température (généralement des degrés Celsius ou Kelvin).
unités
Elle est exprimée en unités d'énergie par degré Celsius ou Kelvin, c'est-à-dire en joules par degré Celsius (J/°C) ou en joules par Kelvin (J/K).
Types de capacités calorifiques
Il existe plusieurs types de capacités calorifiques utilisées pour décrire comment la capacité d'un objet ou d'une substance à stocker de la chaleur varie dans différentes conditions. Les types de capacités calorifiques les plus courants sont :
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Capacité calorifique à volume constant (Cv): C'est la capacité calorifique d'un objet ou d'une substance lorsque le volume est maintenu constant pendant le processus de transfert de chaleur. Dans ce cas, il n'y a pas de travail effectué par l'objet ou la substance et toute l'énergie transférée est convertie en changements d'énergie interne. Cv est utilisé pour décrire comment la température d'un système change à volume constant.
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Capacité calorifique à pression constante (Cp): C'est la capacité calorifique d'un objet ou d'une substance lorsque la pression est maintenue constante pendant le processus de transfert de chaleur. Dans ce cas, l'objet ou la substance peut effectuer un travail, tel que dilater ou comprimer le système, ainsi qu'absorber ou libérer de la chaleur. Cp est utilisé pour décrire comment la température d'un système change à pression constante.
Formule de capacité thermique
La formule générale de calcul de la capacité calorifique (C) d'un objet ou d'un système peut être exprimée comme suit :
C = Q / ΔT
Où:
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C est la capacité calorifique.
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Q est la quantité de chaleur transférée ou absorbée par l'objet ou le système.
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ΔT est le changement de température subi par l'objet ou le système.
Il est important de prendre en compte que la capacité calorifique peut varier selon que le procédé est réalisé à volume constant (Cv) ou à pression constante (Cp).
Formule de capacité thermique molaire
De plus, dans certains cas, la capacité thermique molaire (Cm) est utilisée, ce qui représente la capacité thermique par mole de substance.
La formule générale de la capacité calorifique molaire s'exprime comme suit :
Cm = C/n
Où:
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Cm est la capacité thermique molaire.
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C est la capacité calorifique.
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n est le nombre de moles de substance.
Importance de la capacité calorifique : utilisation et applications
Cette propriété est utilisée dans diverses applications pratiques. Voici quelques exemples:
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Conception et optimisation des systèmes de transfert de chaleur : il est essentiel de concevoir et d'optimiser les échangeurs de chaleur, les chaudières, les climatiseurs et autres systèmes de réfrigération.
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Prédiction des changements de température et de l'équilibre thermique : cette propriété nous permet de prédire comment la température d'un objet ou d'un système changera lorsque de la chaleur lui sera ajoutée ou retirée.
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Étude des processus de chauffage et de refroidissement : Dans les processus industriels, chimiques et physiques, il est essentiel de comprendre comment les matériaux et les substances sont chauffés ou refroidis dans certaines conditions.
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Caractérisation des propriétés des matériaux : la capacité thermique peut être utilisée pour caractériser les propriétés thermiques de différents matériaux, tels que les métaux, les liquides, les gaz et les solides.
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Étude des réactions chimiques : Dans le domaine de la chimie, il est également important de comprendre et de contrôler les réactions chimiques car cela permet de calculer la quantité de chaleur dégagée ou absorbée lors de la réaction.
Exemples de capacités calorifiques
Voici un tableau montrant des exemples de la capacité calorifique de différents matériaux et substances à pression constante.
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Substance |
Capacité calorifique (J/g°C) |
Description |
|
Eau |
4.18 |
L'eau a une capacité thermique élevée et est essentielle à la régulation thermique de la Terre. |
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Aluminium |
0,90 |
L'aluminium est un métal léger couramment utilisé dans les applications industrielles. |
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Fer |
0,45 |
Le fer est un métal fréquemment utilisé dans la fabrication de structures et de machines. |
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Air |
1,00 |
L'air sec est un mélange de différents gaz présents dans l'atmosphère. |
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Plomb |
0,13 |
Le plomb est un métal lourd utilisé dans diverses applications industrielles et batteries. |
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Éthanol |
2.44 |
L'éthanol est un alcool courant et est utilisé comme carburant et solvant. |