Dans le langage courant, les gens utilisent les termes chaleur et température de manière interchangeable. Dans le domaine de la thermodynamique et de la physique plus largement, cependant, les deux termes ont des significations très différentes. Si vous essayez de calculer la quantité de chaleur absorbée par quelque chose lorsque vous augmentez sa température, vous devez comprendre la différence entre les deux et comment calculer l'un par rapport à l'autre. Vous pouvez le faire facilement: multipliez simplement la capacité calorifique de la substance que vous chauffez par la masse de la substance et le changement de température pour trouver la chaleur absorbée.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Calculer l'absorption de chaleur à l'aide de la formule :
Q = mc∆T
Q désigne la chaleur absorbée, m est la masse de la substance absorbant la chaleur, c est la capacité thermique massique etTest le changement de température.
La première loi de la thermodynamique et de la chaleur
La première loi de la thermodynamique stipule que le changement d'énergie interne d'une substance est la somme de la chaleur qui lui est transférée et du travail effectué sur elle (ou de la chaleur qui lui est transférée
moins le travail fait par il). « Travail » n'est qu'un mot que les physiciens utilisent pour le transfert d'énergie physique. Par exemple, remuer une tasse de café fonctionne dans le liquide à l'intérieur, et vous travaillez sur un objet lorsque vous le ramassez ou le jetez.La chaleur est une autre forme de transfert d'énergie, mais elle se produit lorsque deux objets sont à des températures différentes l'un de l'autre. Si vous mettez de l'eau froide dans une casserole et que vous allumez la cuisinière, les flammes chauffent la casserole et la casserole chaude chauffe l'eau. Cela élève la température de l'eau et lui donne de l'énergie. La deuxième loi de la thermodynamique dicte que la chaleur ne circule que des objets les plus chauds vers les plus froids, et non l'inverse.
Capacité thermique spécifique expliquée
La clé pour résoudre le problème du calcul de l'absorption de chaleur est le concept de capacité thermique spécifique. Différentes substances ont besoin de différentes quantités d'énergie pour leur être transférées pour élever la température, et la capacité thermique spécifique de la substance vous indique combien c'est. C'est une quantité indiquée par le symbole c et mesurée en joules/kg degré Celsius. En bref, la capacité calorifique vous indique la quantité d'énergie thermique (en joules) nécessaire pour élever la température de 1 kg d'un matériau de 1 degré C. La capacité thermique spécifique de l'eau est de 4 181 J/kg degré C et la capacité thermique spécifique du plomb est de 128 J/kg degré C. Cela vous indique en un coup d'œil qu'il faut moins d'énergie pour augmenter la température du plomb que pour l'eau.
Calcul de l'absorption de chaleur
Vous pouvez utiliser les informations des deux dernières sections avec une formule simple pour calculer l'absorption de chaleur dans une situation spécifique. Tout ce que vous devez savoir, c'est la substance chauffée, le changement de température et la masse de la substance. L'équation est :
Q = mc∆T
Ici, Q signifie chaleur (ce que vous voulez savoir), m signifie masse, c signifie la capacité thermique massique etTest le changement de température. Vous pouvez trouver le changement de température en soustrayant la température de départ de la température finale.
Par exemple, imaginez augmenter la température de 2 kg d'eau de 10 degrés C à 50 degrés C. Le changement de température estT= (50 – 10) degrés C = 40 degrés C. D'après la dernière section, la capacité calorifique spécifique de l'eau est de 4 181 J / kg degré C, donc l'équation donne :
Q = 2 kg × 4181 J / kg degré C × 40 degrés C
= 334 480 J = 334,5 kJ
Il faut donc environ 334,5 mille joules (kJ) de chaleur pour élever la température de 2 kg d'eau de 40 degrés C.
Conseils sur les unités alternatives
Parfois, les capacités thermiques spécifiques sont données dans différentes unités. Par exemple, il peut être exprimé en joules/gramme degrés C, calories/gramme degrés C ou joules/mol degrés C. Une calorie est une unité alternative d'énergie (1 calorie = 4,184 joules), les grammes sont 1/1000 de kilogramme et une mole (abrégé en mol) est une unité utilisée en chimie. Tant que vous utilisez des unités cohérentes, la formule ci-dessus tiendra.
Par exemple, si la chaleur spécifique est donnée en joules / gramme degré C, indiquez la masse de la substance en grammes aussi, ou alternativement, convertissez la capacité calorifique spécifique en kilogrammes en la multipliant par 1,000. Si la capacité calorifique est donnée en joules / degré mol C, il est plus facile de citer également la masse de la substance en moles. Si la capacité calorifique est donnée en calories/kg degré C, votre résultat sera en calories de chaleur au lieu de joules, que vous pourrez convertir par la suite si vous avez besoin de la réponse en joules.
Si vous rencontrez Kelvin comme unité de température (symbole K), pour les changements de température, c'est exactement la même chose que Celsius, vous n'avez donc pas vraiment besoin de faire quoi que ce soit.