Physique thermique

Chaleur et capacité thermique massique

La chaleur qui change la température vaut Q=mcΔT ; la capacité thermique massique mesure la difficulté à chauffer une unité de masse.

Sans changement d'état, un corps qui reçoit de la chaleur se réchauffe généralement et celui qui en cède se refroidit. La chaleur requise dépend de la masse et du matériau.

Échange thermique

Dans un système isolé, la chaleur perdue par le corps chaud égale celle gagnée par le corps froid. Sans changement d'état, la température finale est comprise entre les températures initiales.

Vérification rapide

La relation $Q=mc\Delta T$ donne l'énergie transférée lors d'un changement de température sans changement d'état. Doubler la masse double la chaleur requise pour une même substance et une même hausse de température ; une capacité thermique massique plus grande exige davantage d'énergie. C'est pourquoi le sable se réchauffe plus vite que l'eau sous le même soleil, tandis que l'eau peut stocker beaucoup d'énergie thermique. Dans un mélange, identifiez d'abord le corps qui cède la chaleur et celui qui la reçoit, puis écrivez le bilan énergétique. Dans un récipient isolé dont la capacité thermique est négligeable, la somme algébrique des chaleurs est nulle. En expérience, une partie de l'énergie chauffe le récipient ou s'échappe vers l'environnement ; la température finale mesurée peut donc différer de la prévision idéale. Convertissez les grammes en kilogrammes et vérifiez l'unité de $c$ avant le calcul.

Par exemple, chauffer 0,20 kg d'aluminium de 15 K avec $c=900$ J kg⁻¹ K⁻¹ demande $Q=2700$ J. Pour la même hausse, l'eau exige davantage d'énergie car sa capacité thermique massique est plus élevée. Ce calcul montre qu'il faut préciser le matériau et l'hypothèse d'absence de pertes ; masse et variation de température ne suffisent pas.