Contenu
- TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
- La première loi de la thermodynamique et de la chaleur
- Capacité thermique spécifique expliquée
- Calcul de l'absorption de chaleur
- Conseils sur les unités alternatives
Dans le langage de tous les jours, les termes «chaleur» et «température» sont utilisés de manière interchangeable. Dans le domaine de la thermodynamique et de la physique plus généralement, 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 savoir comment calculer l’une de l’autre. Vous pouvez le faire facilement: il suffit de multiplier la capacité thermique de la substance que vous chauffez par la masse de la substance et le changement de température pour obtenir la chaleur absorbée.
TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
Calculer l'absorption de chaleur en utilisant la formule:
Q = mc∆T
Q signifie la chaleur absorbée, m est la masse de la substance absorbant la chaleur, c est la capacité thermique spécifique etT est 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 celle-ci (ou de la chaleur qui lui est transférée). moins le travail effectué par il). «Travail» est juste un mot que les physiciens utilisent pour désigner le transfert d'énergie physique. Par exemple, mélanger une tasse de café fonctionne dans le liquide qu'il contient et vous travaillez sur un objet lorsque vous le prenez ou le jetez.
La chaleur est une autre forme de transfert d’énergie, mais c’est le cas lorsque deux objets sont à des températures différentes. Si vous mettez de l'eau froide dans une casserole et allumez la cuisinière, les flammes chauffent la casserole et la casserole chauffée chauffe l'eau. Cela augmente la température de l'eau et lui donne de l'énergie. La deuxième loi de la thermodynamique stipule que la chaleur ne coule que des objets les plus chauds aux plus froids, et non l'inverse.
Capacité thermique spécifique expliquée
La solution au problème du calcul de l'absorption de chaleur repose sur le concept de capacité calorifique spécifique. Différentes substances ont besoin de différentes quantités d'énergie pour leur être transférées afin d'élever la température, et la capacité calorifique spécifique de la substance vous en indique la quantité. Ceci est une quantité donnée le symbole c et mesuré en joules / kg degré Celsius. En bref, la capacité thermique vous indique la quantité d’énergie thermique (en joules) nécessaire pour augmenter 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. La capacité thermique du plomb est de 128 J / kg de degré C. Cela vous indique en un coup d’œil qu’il faut moins d’énergie pour augmenter la température du plomb que de 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 la suivante:
Q = mc∆T
Ici, Q signifie la chaleur (ce que vous voulez savoir), m signifie masse, c signifie la capacité thermique spécifique etT est le changement de température. Vous pouvez trouver le changement de température en soustrayant la température de départ de la température finale.
Par exemple, imaginons d’augmenter la température de 2 kg d’eau de 10 à 50 degrés C. Le changement de température est égal à.T = (50 - 10) degrés C = 40 degrés C. Dans la dernière section, la capacité thermique spécifique de l'eau est de 4 181 J / kg degré C, ainsi 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 milliers de joules (kJ) de chaleur pour élever la température de 2 kg d’eau de 40 ° C.
Conseils sur les unités alternatives
Parfois, des capacités thermiques spécifiques sont données dans différentes unités. Par exemple, elle peut être exprimée en joules / gramme de degrés C, calories / gramme de degrés C ou joules / mol degrés de C. Une calorie est une unité alternative d’énergie (1 calorie = 4,184 joules), les grammes valent 1/1000 de kilogramme. , et une mole (abrégée en mol) est une unité utilisée en chimie. Tant que vous utilisez des unités cohérentes, la formule ci-dessus est valable.
Par exemple, si la chaleur spécifique est exprimée en joules / gramme de degré C, indiquez également la masse de la substance en grammes ou convertissez la capacité calorifique spécifique en kilogrammes en la multipliant par 1 000. Si la capacité thermique est exprimée en joules / degré molaire C, il est plus facile de citer également la masse de la substance en moles. Si la capacité calorifique est exprimée en calories / kg degré C, votre résultat sera exprimé en calories de chaleur au lieu de joules, que vous pourrez convertir ultérieurement si vous avez besoin de la réponse en joules.
Si vous rencontrez Kelvin en tant qu’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.