Qu'est-ce qui demande le plus d'énergie pour se réchauffer: l'air ou l'eau? Que diriez-vous de l'eau contre le métal ou de l'eau contre un autre liquide comme le soda ?
Ces questions et bien d'autres sont liées à une propriété de la matière appelée chaleur spécifique. La chaleur spécifique est la quantité de chaleur par unité de masse nécessaire pour élever la température d'une substance d'un degré Celsius.
Il faut donc plus d'énergie pour chauffer l'eau que l'air car l'eau et l'air ont des chaleurs spécifiques différentes.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Utilisez la formule :
Q = mcΔT, également écrit Q = mc (T - t0)
pour trouver la température initiale (t0) dans un problème de chaleur spécifique.
En fait, l'eau a l'une des chaleurs spécifiques les plus élevées de toutes les substances "communes": elle est de 4,186 joules/gramme °C. C'est pourquoi l'eau est si utile pour modérer la température des machines, des corps humains et même de la planète.
Équation pour la chaleur spécifique
Vous pouvez utiliser la propriété de chaleur spécifique pour trouver la température initiale d'une substance. L'équation de la chaleur spécifique s'écrit généralement :
Q = mcΔT
où Q est la quantité d'énergie thermique ajoutée, m est la masse de la substance, c est la chaleur spécifique, une constante, et T signifie "changement de température".
Assurez-vous que vos unités de mesure correspondent aux unités utilisées dans la constante de chaleur spécifique! Par exemple, parfois la chaleur spécifique peut utiliser Celsius. D'autres fois, vous obtiendrez l'unité SI pour la température, qui est Kelvin. Dans ces cas, les unités de chaleur spécifique seront soit Joules/gramme °C, soit Joules/gramme K. La même chose pourrait se produire avec les grammes contre les kilogrammes pour la masse, ou les Joules en Bmu pour l'énergie. Assurez-vous de vérifier les unités et d'effectuer les conversions nécessaires avant de commencer.
Utilisation de la chaleur spécifique pour trouver la température initiale
ΔT peut aussi s'écrire (T - t0), ou la nouvelle température d'une substance moins sa température initiale. Donc, une autre façon d'écrire l'équation pour la chaleur spécifique est :
Q = mc (T - t0)
Ainsi, cette forme réécrite de l'équation permet de trouver facilement la température initiale. Vous pouvez brancher toutes les autres valeurs qui vous sont données, puis résoudre pour t0.
Par exemple: Supposons que vous ajoutez 75,0 joules d'énergie à 2,0 grammes d'eau, élevant sa température à 87 °C. La chaleur spécifique de l'eau est de 4,184 Joules/gramme °C. Quelle était la température initiale de l'eau ?
Branchez les valeurs données dans votre équation :
75,o J = 2,0 g x (4,184 J/g°C) x (87 °C - t0).
Simplifier:
75,o J = 8,368 J/°C x (87 °C - t0).
8,96 °C = (87 °C - t0)
78°C = t0.
Chaleur spécifique et changements de phase
Il y a une exception importante à garder à l'esprit. L'équation de la chaleur spécifique ne fonctionne pas lors d'un changement de phase, par exemple, d'un liquide à un gaz ou d'un solide à un liquide. C'est parce que toute l'énergie supplémentaire qui est pompée est utilisée pour le changement de phase, pas pour augmenter la température. Ainsi, la température reste stable pendant cette période, ce qui annule la relation entre l'énergie, la température et la chaleur spécifique dans cette situation.