La chaleur spécifique est une mesure utilisée en thermodynamique et la calorimétrie qui indique la quantité d'énergie thermique nécessaire pour augmenter la température d'une masse donnée d'une substance particulière d'un certain montant. Bien que différentes échelles de mesure sont parfois utilisés, ce terme désigne généralement spécifiquement à la quantité nécessaire pour élever 1 gramme d'une substance de 1,8 ° C (1 ° Celsius) ou de 1 Kelvin - 1 Kelvin est le même que 1 ° C. Il s'ensuit que si le double d'énergie est ajouté à une substance, la température devrait augmenter de deux fois plus. La chaleur spécifique est généralement exprimée en joules, l'unité généralement utilisée en chimie et en physique pour décrire l'énergie. C'est un facteur important dans la science, l'ingénierie et dans la compréhension du climat de la Terre.
Chaleur et température
L'énergie thermique et la température sont deux concepts différents, et de comprendre la différence est importante. Le premier est une quantité en thermodynamique qui décrit la quantité de changement qu'un système peut causer à son environnement. Le transfert de cette énergie vers un objet provoque ses molécules de se déplacer plus rapidement, cette augmentation de l' énergie cinétique est ce qui est mesuré, ou connu, comme une augmentation de la température.
Chaleur spécifique et la capacité calorifique
Ces deux propriétés sont souvent confondus. La première est le nombre de joules nécessaire pour augmenter la température d'une masse donnée d'une substance par une unité. Il est toujours donnée "par unité de masse", par exemple, de 0,45 J / g ° C, ce qui est la chaleur spécifique du fer, ou le nombre de joules d'énergie thermique pour élever la température d'un gramme de fer d'un degré Celsius. Cette valeur est donc indépendante de la quantité de fer.
Capacité calorifique - parfois appelé "masse thermique" - est le nombre de joules nécessaire pour élever la température d'une masse en particulier de matériau de 1,8 ° C (1 ° Celsius), et est tout simplement la chaleur spécifique du matériau multipliée par sa masse. Elle est mesurée en joules par ° C. La capacité thermique d'un objet en fer, et pesant 100g, seraient 0,45 X 100, ce qui donne 45j / ° C. Cette propriété peut être considéré comme la capacité d'un objet à stocker la chaleur.
La chaleur spécifique d'une substance tient plus ou moins vrai sur une large plage de températures, c'est l'énergie nécessaire pour produire une élévation d'un degré à une substance donnée ne varie que légèrement avec sa valeur initiale. Elle ne s'applique pas, cependant, lorsque la substance subit un changement d'état. Par exemple, si de la chaleur est appliquée en permanence à une quantité d'eau, il va produire une augmentation de la température conformément à la chaleur spécifique de l'eau. Lorsque le point d'ébullition est atteint, cependant, il n'y aura aucune augmentation, mais plutôt l'énergie ira dans la production de vapeur d'eau . La même chose s'applique aux solides lorsque le point de fusion est atteint.
Une mesure désormais obsolète de l'énergie, la calorie, est basée sur la chaleur spécifique de l'eau. Une calorie est la quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'un gramme d'eau de 1,8 ° C (1 ° C) à la normale de la pression d'air . Elle est équivalente à 4,184 joules. Des valeurs légèrement différentes peuvent être donnés pour la chaleur spécifique de l'eau, car il varie un peu avec la température et la pression.
Effets
Différentes substances peuvent être très différentes chaleurs spécifiques. Les métaux, par exemple, ont tendance à avoir des valeurs très faibles. Cela signifie qu'ils chauffent rapidement et refroidir rapidement, ils ont également tendance à augmenter de manière significative car ils deviennent plus chaudes. Cela a des implications pour l'ingénierie et la conception: allocation doit souvent être fait pour l'expansion des pièces métalliques dans des structures et des machines.
L'eau, en revanche, a une chaleur spécifique très élevée - neuf fois supérieure à celle de fer, et 32 fois celle de l'or. En raison de la structure moléculaire de l'eau, une grande quantité d'énergie est nécessaire pour augmenter la température de même une petite quantité. Cela signifie également que l'eau chaude prend beaucoup de temps pour refroidir.
Cette propriété est essentielle pour la vie sur Terre, l'eau a un effet stabilisateur important sur le climat mondial. Pendant l'hiver, les océans se refroidissent lentement et libèrent une quantité importante de chaleur dans l'environnement, ce qui permet de garder la température globale raisonnablement stable. Inversement, en été, il faut beaucoup de chaleur pour augmenter significativement la température des océans. Cela a un effet modérateur sur le climat. L'intérieur des continents, loin de l'océan, l'expérience beaucoup plus extrêmes de température que les régions côtières.
