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N°4 - Chaleur massique - niv 4

N°4 - Chaleur massique - niv 4

En formation de niveau 5 (CAP), on n'étudiera pas ce §, ni les suivants.          



La chaleur massique est la quantité de chaleur qu'il faut apporter à 1 [kg] d'un corps pour en élever la température de 1 [°C] (ou de 1 [K] car 1 degré Celsius = 1 degré Kelvin).
Elle s'exprime en [kJ / kg °C] ou 4,18 [kJ / kg.K]


La chaleur massique permet de calculer les quantités de chaleur à apporter ou à enlever, pour réchauffer ou refroidir les corps, sans en modifier l'état physique (réchauffement d'un solide ou réchauffement d'un liquide ou réchauffement d'un gaz).
Ainsi, pour élever la température de 1 [kg] d'eau de 1 [°C]  (ou de 1 [K]), il faut lui apporter une quantité de chaleur de 4180 Joules (4,18 [kJ]).

La lettre symbole représentant la chaleur massique est C.

Ceau = 4,18 [kJ / kg °C] ou 4,18 [kJ / kg.K]

La chaleur massique dépend de la situation moléculaire d'un corps. Aussi, elle diffère pour chaque matière, et pour une matière donnée, elle est différente selon l'état physique (solide, liquide ou gazeux)

Ainsi, il faut :

  • Environ  2,1 [kJ] pour réchauffer 1 [kg] de glace de 1 [°C ou K] : Cglace = 2,1 [kJ / kg K]
  • Environ  4,18 [kJ] pour réchauffer 1 [kg] d'eau de 1 [°C ou K] : Ceau = 4,18 [kJ / kg K]
  • Environ 1,83 [kJ] pour réchauffer 1 [kg] de vapeur de 1 [°C ou K] : Cvapeur = 1,83 [kJ / kg K]

Et dans chacun des états physiques, ces chaleurs massiques varient avec la température...

photo 1

Dans notre branche professionnelle, pour nos niveaux usuels de températures nous utiliserons pour l'eau et pour l'air :

Ceau = 4,18 [kJ / kg K]
Cair = 1 [kJ  / kg K]

Si l'on doit chauffer ou refroidir d'autres matières, on trouvera sur le " net " toutes les chaleurs massiques et masses volumiques nécessaires.

Question

Q1: Qu’est-ce que la chaleur massique? Précisez son unité.

La chaleur massique est la quantité de chaleur qu'il faut apporter à 1 [kg] d'un corps pour en élever la température de 1 [°C] (ou de 1 [K] car 1 degré Celsius = 1 degré Kelvin).
Elle s’exprime en [kJ/kg.K] ou en [kJ/kg.°C]

L'eau est une des matières qui nécessite le plus de chaleur pour monter en température.

Question

Q2: La chaleur massique de l'eau est de 4,18 [kJ/kg.K].
La chaleur massique du métal est de 0,45 [kJ/kg.K].
Disposons sur 2 plaques chauffantes électriques identiques:
- Un bloc de 1 [kg] de métal,
- Une casserole contenant de l'eau dont la masse totale est de 1 [[kg]
Qui atteindra le plus vite les 100 [°C]? Le bloc de métal ou la casserole d'eau?
Pourquoi?
L'eau demande beaucoup de chaleur pour monter en température de 1 [°C] (4,18 [kJ/kg.K]).
La casserole montera lentement en température en comparaison du bloc de métal qui ne demande que 0,45 [kJ/kg.K].
L'eau est en fait une des matières qui nécessite le plus de chaleur pour monter en température.

Question

Q3: Expliquer pourquoi l'eau est un excellent fluide pour transporter la chaleur de la chaudière au radiateur.
L'eau est une des matières qui nécessite le plus de chaleur pour monter en température.
Cela veut dire aussi que l'eau chaude peut "transporter" beaucoup de chaleur. On dit que l'eau est un excellent fluide "caloporteur".
Ainsi, l'air dont la chaleur massique est seulement de 1 [kJ / kg °C] ne peut transporter que 4 fois moins de chaleur par [ kg] que l'eau dont la chaleur massique est de 4,18 [kJ / kg °C].





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