La chaleur spécifique (s) est un type particulier de capacité thermique. La chaleur spécifique est la propriété thermodynamique, qui indique la quantité de chaleur nécessaire pour qu'une seule unité de masse d'une substance soit augmentée d'un degré de température. Les valeurs de la chaleur spécifique varient selon le degré d'absorption de la chaleur par les substances. Le terme de capacité thermique peut être trompeur car la chaleur q est le terme donné à l'ajout ou au retrait d'énergie, à travers une barrière à une substance ou un système, suite à l'augmentation ou à la diminution de la température respectivement. Les changements de température sont en réalité des changements d'énergie. Par conséquent, la chaleur spécifique et d'autres formes de capacité thermique sont des mesures plus précises de la capacité d'une substance à absorber de l'énergie lorsque la température de la substance augmente.
Capacité thermique massique
Unités
Les unités sont très importantes pour exprimer toute propriété thermodynamique ; il en va de même pour la chaleur spécifique. L'énergie sous forme de chaleur est exprimée en joules (J) ou kilojoules (kJ), qui sont les unités les plus courantes associées à l'énergie. Une unité de masse est mesurée en grammes ou en kilogrammes en ce qui concerne la chaleur spécifique. Le gramme est la forme standard utilisée dans les tableaux des valeurs de chaleur spécifique, mais on trouve parfois des références utilisant un kilogramme. Un degré de température est mesuré sur l'échelle Celsius ou Kelvin, mais généralement en Celsius. Les unités les plus couramment associées pour la chaleur spécifique sont alors J/(g-°C).
Facteurs qui déterminent la chaleur spécifique
Température et pression
Deux facteurs qui modifient la chaleur spécifique d'un matériau sont la pression et la température. La chaleur spécifique est définie à une pression standard et constante (généralement la pression atmosphérique) pour les matériaux et est généralement rapportée à 25 °C (298,15 K). Une température standard est utilisée parce que la chaleur spécifique dépend de la température et peut changer à différentes valeurs de température. Tant que la température et la pression sont aux valeurs de référence standard et qu'aucun changement de phase ne se produit, la valeur de la chaleur spécifique de tout matériau reste constante, quelle que soit la masse du matériau présent.
Les degrés de liberté énergétique
Un facteur important dans l'ampleur de la chaleur spécifique d'un matériau se situe au niveau moléculaire dans le domaine énergétique : degrés de liberté (physique et chimie) degrés de liberté disponibles pour le matériau dans la phase (solide, liquide ou gaz) dans laquelle il se trouve. Les degrés de liberté énergétiques sont de quatre types : translation, rotation, vibration et électronique. Une quantité minimale d'énergie est nécessaire pour atteindre chaque degré de liberté. Par conséquent, la quantité d'énergie qui peut être stockée dans une substance dépend du type et du nombre de degrés de liberté énergétiques qui contribuent à la substance à une température donnée. Les liquides ont généralement des modes de fonctionnement à faible énergie et des degrés de liberté plus énergétiques que les solides et la plupart des gaz. Cet éventail plus large de possibilités au sein des degrés de liberté génère généralement des chaleurs spécifiques plus importantes pour les substances liquides que pour les solides ou les gaz. Cette tendance peut être observée dans le tableau en:Heat capacity#Tableau des capacités thermiques spécifiques et en comparant l'eau liquide à l'eau solide (glace), au cuivre, à l'étain, à l'oxygène et au graphite.
Utilisation
La chaleur spécifique est utilisée pour calculer la quantité de chaleur absorbée lorsque de l'énergie est ajoutée à un matériau ou à une substance par une augmentation de la température dans une plage définie. Le calcul de la quantité de chaleur ou d'énergie ajoutée à un matériau est un processus relativement simple, à condition que les températures initiale et finale du matériau soient enregistrées, que la masse du matériau soit indiquée et que la chaleur spécifique soit connue. La chaleur spécifique, la masse du matériau et l'échelle de température doivent toutes être dans les mêmes unités afin d'effectuer avec précision le calcul de la chaleur.
L'équation pour le calcul de la chaleur (q) est la suivante :
Q = s × m × ΔT
Dans l'équation, s est la chaleur spécifique en (J/g-°C). m est la masse de la substance en grammes. ΔT fait référence au changement de température (°C) observé dans la substance. La convention consiste à soustraire la température initiale de la matière de la température finale après chauffage, de sorte que ΔT est TFinal-TInitial dans l'équation. La substitution de toutes les valeurs dans l'équation et la multiplication par annule les unités de masse et de température, laissant les unités appropriées de Joules pour la chaleur. Les calculs de ce type sont utiles dans les domaines suivants : Calorimétrie calorimétrie