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Définition de la capacité thermique




La capacité thermique est une propriété importante des matériaux à prendre en compte dans les appareils d'ingénierie, la planification d'une expérience scientifique et le maintien au froid de votre déjeuner. Il existe trois types principaux de capacité thermique, comprenant ce qui augmentera votre capacité à tirer parti de cette propriété de la matière.

Le

La capacité thermique d'un matériau est une mesure de la quantité d'énergie qui doit être échangée entre un objet et son environnement pour produire un changement de température. En d'autres termes, il s'agit d'une mesure de la capacité d'un objet à maintenir la chaleur. Les matériaux à haute capacité thermique, tels que l’eau, nécessitent de grandes quantités d’énergie pour produire un léger changement de température.

Importance

Les jardiniers protègent les tomates avec des murs d'eau. Au Moyen Âge, une dame posa des pierres chaudes sur le lit de son maître. Ces deux pratiques reposent sur la capacité de l’eau et des roches à maintenir très bien la chaleur, ce qui est une propriété du fait de leur grande capacité thermique.

Une telle capacité est utilisée pour beaucoup plus que simplement garder des tomates ou garder vos pieds au chaud. C'est un paramètre essentiel pris en compte dans de nombreux domaines de l'ingénierie, de l'architecture à l'aérodynamique.

Types de capacité thermique

Le terme général "capacité thermique" comprend trois termes plus spécifiques, souvent confondus. Ce sont la capacité thermique molaire, la chaleur spécifique et la capacité thermique.

Chaleur molaire capacité et chaleur spécifique

La chaleur molaire spécifique d'une substance est la quantité d'énergie nécessaire pour élever une mole de 1 degré Celsius. Une mole spécifie une série d'objets, de même qu'une douzaine, sauf qu'une mole est égale à 6,02 x 10 ^ 23 objets au lieu de 12. En raison de la manière dont une mole est définie, une mole sur un substance est égale à la masse atomique ou moléculaire d'une substance en grammes.

Le terme général "chaleur spécifique" désigne généralement la quantité d'énergie nécessaire pour élever une certaine masse, généralement d'un kilogramme à 1 degré Celsius. C'est probablement l'utilisation la plus courante du terme "capacité thermique".

La capacité molaire calorifique et la chaleur spécifique sont des propriétés intrinsèques d’une substance, c’est-à-dire qu’elles sont indépendantes de la quantité de matériau que vous avez dans la main.

Capacité thermique

La capacité thermique d'un objet, C, est le produit de sa capacité thermique spécifique (la quantité de chaleur nécessaire pour élever 1 kg d'une substance à 1 ° C) et de sa masse en kg. La capacité thermique est une propriété étendue d'une substance. C'est-à-dire que sa valeur dépend de la quantité de substance que vous avez. Par exemple, la capacité thermique de 567 g (20 onces) de sodium est exactement le double de celle de 283 g (10 onces) de sodium.

Définition mathématique et théorie

Mathématiquement, la capacité thermique est définie comme le premier ordre dérivé partiellement du changement de chaleur d'un objet par rapport au changement de température de l'objet, tandis que tout le reste reste constant. La base de ce qui détermine la capacité thermique d'une substance est l'évolution de la thermodynamique statistique. Cependant, il existe une règle générale: plus les molécules sont libres et grandes, plus leur capacité thermique est grande. En d'autres termes, plus les atomes ou les molécules d'une substance ont de degrés de liberté, plus leur capacité thermique est grande.

Exemples de capacité thermique utilisée

Les métaux ont tendance à avoir de très faibles capacités thermiques par rapport aux substances non métalliques. Par exemple, 1 kg de cuivre a une capacité thermique de 394 joules par degré centigrade, alors que 1 kg de marbre a une capacité thermique de 880. Par conséquent, la pierre peut être beaucoup plus chaude que le métal.

La définition d'une calorie est basée sur la capacité thermique de l'eau. Une calorie alimentaire (notez le C majuscule) est la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température à 1 L d'eau 1 degré. Par conséquent, si toutes les calories d'un Twinkie (150) chauffaient 1 litre d'eau à la température ambiante, par exemple à 22 ° Celsius, le Twinkie aurait suffisamment d'énergie pour augmenter la température de l'eau jusqu'à ce qu'elle atteigne le point d'ébullition et plus

Heureusement pour nous, notre corps brûle les Twinkies de manière contrôlée et se libère lentement au cours du processus.

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