Comment calculer la chaleur spécifique

La capacité thermique massique, aussi appelée capacité thermique massique ou chaleur massique, correspond à l'apport de chaleur nécessaire pour élever d'un degré centigrade la température de l'unité de masse d'une substance ou d'un système. La capacité thermique massique dépend de la structure moléculaire et de l'état de la substance considérée. La découverte de la notion de capacité thermique massique a entrainé le développement de la thermodynamique, qui consiste à étudier le comportement thermique des corps, les transformations d'énergie au sein d'un système en fonction de la chaleur et du travail. La capacité thermique massique est très utile en chimie, mais aussi dans le domaine nucléaire et en aérodynamique. Elles ont également de nombreuses applications dans la vie courante, parmi lesquelles on peut citer le radiateur et le système de réfrigération du moteur d'une voiture ^{[1]
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Connaitre la formule de la capacité thermique massique

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Familiarisez-vous avec la terminologie. Avant d'apprendre la formule permettant de déterminer la capacité thermique massique d'un corps, vous devez connaitre la signification des termes utilisés dans la formule. Vous devez apprendre à reconnaitre le symbole correspondant à chaque terme et comprendre sa signification. Voici les termes qui sont employés dans l'équation, qui permet de calculer la capacité thermique massique d'un corps ^{[2]
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- Le symbole $\Delta$ $\Delta$ (delta) représente toujours la variation de la valeur d'une variable, souvent par rapport au temps.
  - Par exemple, si votre température initiale est de 150 °C et votre température finale de 20 °C, $\Delta T$ (variation de la température) est la suivante :
    $\Delta T=150\ ^{\circ }C-20\ ^{\circ }C=130\ ^{\circ }C$ .
- La masse d'un échantillon est représentée par la lettre $m$ (en kg).
- La quantité de chaleur est représentée par la lettre $Q$ et s'exprime en joules (notés $J$ ).
- La lettre $T$ représente la température d'une substance.
- La capacité thermique massique est représentée par le symbole $C_{p}$ .
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Apprenez l'équation de la capacité thermique massique. Une fois que vous avez appris les termes employés, vous pouvez passer à l'étude l'équation qui vous permet de calculer la capacité thermique massique d'une substance. Cette formule est donnée par l'expression suivante : $C_{p}={\frac {Q}{m\Delta T}}$ $C_{p}={\frac {Q}{m\Delta T}}$ ^{[3]
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- Cette formule, moyennant arrangement, permet de calculer la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d'une substance en fonction de sa masse et de sa capacité thermique massique. La formule est la suivante :
  - $Q=C_{p}m\Delta T$
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Partie 2

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Calculer une capacité thermique massique

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Examinez l'équation. En premier lieu, étudiez l'équation afin de comprendre ce que vous devez faire pour calculer la valeur de la capacité thermique massique. Trouvez la solution du problème suivant : quelle est la capacité thermique massique de 350 g d'une substance inconnue, sachant que la variation de sa température de 22 °C à 173 °C, sans changement d'état, nécessite l'apport d'une quantité de chaleur de 34 700 J ^{[4]
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Dressez la liste des variables en jeu, connues comme inconnues. Une fois le problème lu, vous pouvez écrire les différentes variables pour mieux comprendre ce que vous devez faire. Avec l'exemple, les variables sont les suivantes ^{[5]
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- $m=350\ g$
- $Q=34\ 700\ J$
- $\Delta T=173\ ^{\circ }C-22\ ^{\circ }C=151\ ^{\circ }C$
- $C_{p}$ inconnue
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Remplacez chaque variable connue par sa valeur. Vous connaissez les valeurs de toutes variables, sauf celle de $C_{p}$ $C_{p}$ , donc remplacez chaque variable connue par sa valeur et résolvez l'équation pour trouver $C_{p}$ $C_{p}$ .
- L'équation théorique est donc la suivante : $C_{p}={\frac {Q}{m\Delta T}}$ .
- Dans notre exemple, on a : $C_{p}={\frac {34\ 700\ J}{350\ g\times 151\ ^{\circ }C}}$ .
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Résolvez l'équation. Maintenant que vous avez remplacé chaque variable connue par sa valeur, il vous suffit de faire un calcul arithmétique pour trouver la solution. La capacité thermique massique ou la réponse finale est de :
$0,65657521286J/(g\times ^{\circ }C)$ $0,65657521286J/(g\times ^{\circ }C)$ .
- $C_{p}={\frac {34\ 700\ J}{350\ g\times 151\ ^{\circ }C}}$
- $C_{p}={\frac {34\ 700\ J}{52\ 850\ g{\text{·}}^{\circ }C}}$
- $C_{p}=0,65657521286\ J/g{\text{·}}^{\circ }C\approx {0,66\ J/g{\text{·}}^{\circ }C}$
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Conseils

Apprenez la formule qui sert à calculer la capacité thermique massique d'un produit alimentaire. Cette formule est la suivante : $C_{p}=(4,180\times w)+(1,711\times p)+(1,928\times f)+(1,547\times c)+(0,908\times a)$ , $w$ représente le pourcentage d'eau dans le produit, $p$ correspond au pourcentage de protéines, $f$ celui de matières grasses, $c$ celui des glucides et $a$ celui de cendre. Cette formule prend en compte les pourcentages des matières solides qui entrent dans la composition de l'aliment considéré. La valeur de la capacité thermique massique est exprimée en kJ·kg^-1·K^-1.
Vous pouvez employer un calorimètre pour mesurer les échanges de chaleur pendant les changements d'état ou les réactions chimiques.
Toutes choses égales par ailleurs, les variations de température sont plus importantes pour les corps qui ont une capacité thermique massique faible.
Dans la mesure du possible, simplifiez les unités lors des diverses étapes du calcul d'une capacité thermique massique.
Les métaux chauffent plus vite que l'eau, parce que leurs chaleurs spécifiques sont plus faibles.
Les chaleurs spécifiques de très nombreuses substances sont disponibles en ligne. Utilisez-les pour vérifier vos résultats.
Autrefois l'unité de la capacité thermique massique dans le système international (SI) était les joules par gramme-degré centigrade. Aujourd'hui, cette unité est les joules par kilogramme-kelvin (J·kg^-1· K ou J/kg·K). Dans le système anglo-saxon ou impérial, cette unité est exprimée en calories par degré Fahrenheit-livre ^{[6]
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