Supposons que vous ayez versé une quantité fixe d'eau dans deux béchers différents. Un bécher est grand et étroit, et l'autre bécher est grand et large. Si la quantité d'eau versée dans chaque bécher est la même, vous vous attendez à ce que le niveau d'eau soit plus élevé dans le bécher étroit.

La largeur de ces seaux est analogue au concept de capacité thermique spécifique. Dans cette analogie, l'eau versée dans les seaux peut être considérée comme l'énergie thermique ajoutée à deux matériaux différents. L'augmentation de niveau sur les godets est analogue à l'augmentation de température qui en résulte.
Qu'est-ce que la capacité thermique spécifique?

La capacité thermique spécifique d'un matériau est la quantité d'énergie thermique requise pour élever une masse unitaire de ce matériau de 1 Kelvin (ou degré Celsius). Les unités SI de capacité thermique spécifique sont J /kgK (joules par kilogramme × Kelvin).

La chaleur spécifique varie en fonction des propriétés physiques d'un matériau. En tant que tel, c'est une valeur que vous recherchez généralement dans un tableau. La chaleur Q
ajoutée à un matériau de masse m
avec une capacité thermique spécifique c
entraîne un changement de température ΔT
déterminé par la relation suivante :
Q \u003d mc \\ Delta T La chaleur spécifique de l'eau

La capacité thermique spécifique du granit est de 790 J /kgK, du plomb de 128 J /kgK, du verre de 840 J /kgK, de le cuivre est de 386 J /kgK et celui de l'eau de 4186 J /kgK. Notez la capacité calorifique spécifique de l'eau beaucoup plus grande par rapport aux autres substances de la liste. Il s'avère que l'eau a l'une des capacités calorifiques spécifiques les plus élevées de toutes les substances.

Les substances ayant des capacités calorifiques spécifiques plus importantes peuvent avoir des températures beaucoup plus stables. Autrement dit, leurs températures ne fluctueront pas autant lorsque vous ajoutez ou retirez de l'énergie thermique. (Pensez à l'analogie du bécher au début de cet article. Si vous ajoutez et soustrayez la même quantité de liquide au bécher large et étroit, le niveau change beaucoup moins dans le bécher large.)

C'est pour cette raison que les villes côtières ont des climats beaucoup plus tempérés que les villes intérieures. La proximité d'une si grande masse d'eau stabilise leurs températures.

La grande capacité thermique spécifique de l'eau est également la raison pour laquelle, lorsque vous sortez une pizza du four, la sauce vous brûlera même après refroidissement de la croûte. . La sauce contenant de l'eau doit dégager beaucoup plus d'énergie thermique avant de pouvoir baisser en température par rapport à la croûte.
Exemple de capacité thermique spécifique

Supposons que 10 000 J d'énergie thermique soient ajoutés à 1 kg de sable ( c
_{s \u003d 840 J /kgK) initialement à 20 degrés Celsius, tandis que la même quantité d'énergie thermique est ajoutée à un mélange de 0,5 kg de sable et 0,5 kg d'eau, également initialement à 20 C. Comment la température finale du sable se compare-t-elle à la température finale du mélange sable /eau?}

Solution: Tout d'abord, résolvez la formule de chaleur pour ΔT
pour obtenir:
\\ Delta T \u003d \\ frac {Q} {mc}

Pour le sable, vous obtenez alors le changement de température suivant:
\\ Delta T \u003d \\ frac {10,000} {1 \\ times 840} \u003d 11,9 \\ text {degrés}

Ce qui donne une température finale de 31,9 C.

Pour le mélange de sable et d'eau, c'est un peu plus compliqué. Vous ne pouvez pas simplement répartir l’énergie thermique également entre l’eau et le sable. Ils sont mélangés ensemble, donc ils doivent subir le même changement de température.

Bien que vous connaissiez l'énergie thermique totale, vous ne savez pas combien chacun obtient au début. Soit Q _{s
la quantité d'énergie de la chaleur que le sable obtient et Q w
la quantité d'énergie que l'eau obtient. Utilisez maintenant le fait que Q \u003d
Q s + Q w
pour obtenir ce qui suit:
Q \u003d Q_s + Q_w \u003d m_sc_s \\ Delta T + m_wc_w \\ Delta T \u003d (m_sc_s + m_wc_w) \\ Delta T}

Il est maintenant facile de résoudre pour ΔT:

\\ Delta T \u003d \\ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}

Le branchement des nombres donne alors:
\\ Delta T \u003d \\ frac {10 000} {0,5 \\ fois 840 + 0,5 \\ fois 4 186} \u003d 4 \\ texte {degrés}

Le mélange ne monte que de 4 ° C, pour une finale température de 24 C, nettement inférieure à celle du sable pur!