Sauf prescription de votre formateur, en formation de niveau 3 et 4 (CAP à Bac), on n'étudiera pas ce chapitre.
Nous avons vu dans le dossier «L'énergie, la chaleur» que la chaleur massique Cm est la quantité de chaleur qu’il faut apporter à 1 [kg] d’un corps pour en élever la température d'un degré. 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 (solide, liquide, gazeux).
Nous savons que les chaleurs massiques de l’eau et de l’air sont respectivement de:Cm eau = 4,18 [kJ/kg.K] ou 4,18 [kJ/kg.°C]
Cm air = 1 [kJ/kg.K] ou 1 [kJ/kg.°C]
Nous savons aussi que:
1 [kWh] = 3600 [kJ]
(voir dossier «Les puissances en génie climatique»)
Nous savons enfin que:
Masse volumique de l'eau: ρeau = 1000 [kg/m³]
Masse volumique de l'air: ρair = 1,2 [kg/m³] (pour l’air à 20 [°C]) (voir dossier «Masses, volumes, masses volumiques en génie climatique»)
On peut en déduire (voir exercice à suivre) que les «chaleurs volumiques» de l’eau et de l’air sont respectivement de:
Cveau ≈ 1,16 [kWh/m³.K] ou 1,16 [kWh/m³ .°C]
Cvair ≈ 0,34 [Wh/m³.K] ou 0,34 [Wh/m³ .°C]
Remarques:
- Théoriquement les masses volumiques et les chaleurs volumiques s’indiquent pour des pressions et températures précises. Pour les calculs courants, on peut cependant admettre que la masse volumique ρeau = 1000 [kg/m³] et la chaleur massique Cmeau = 1,16 [kWh/m³.K] sont applicables pour des températures comprises entre 0 et 100 [°C]
- A la différence de l’eau, la masse volumique et la chaleur massique de l’air varient beaucoup avec la température.
De ce fait, ρair = 1,2 [kg/m³] et Cm air = 0,34 [Wh/m³.K] ne sont applicables que pour l’air à 20 [°C]. - Avez-vous remarqué que l’on écrit Cm pour les chaleurs massiques et Cv pour les chaleurs volumiques?
Question
Chaleur massique de l'eau = 1160 [Wh/m3.K]
Chaleur massique de l'air = 0,34 [Wh/m3.K]
Nous avons vu dans le dossier « Masse, volume » que la masse correspond à la quantité de matière et nous savons qu’un volume d’eau contient beaucoup plus de matière qu’un même volume d’air:La masse volumique de l’eau est 833 fois supérieure à celle de l’air:
- Eau = 1000 [kg] pour 1 [m3], soit une masse volumique de ρeau= 1000 [kg/m3]
- Air = 1,2 [kg] pour 1 [m3], soit une masse volumique de ρair = 1,2 [kg/m3]
ρeau / ρair = 1000 /1,2 = 833
Il est donc tout à fait compréhensible qu'il faille beaucoup plus d'énergie pour réchauffer de l'eau que de l'air.
Question
ρeau = 1000 [kg/m3]
Cmeau = 4,18 [kJ / kg.K]
1 [kWh] = 3600 [kJ]
Démontrez que Cveau ≈ 1,16 [kWh / m3.K].
1 [m3] d'eau = 1000 [kg]
Pour réchauffer 1000 [kg] d'eau de 1 [K], il faudra:
1000 x 4,18 x 1 = 4180 [kJ]Nous savons que 1 [kWh] = 3600 [kJ]
Donc:
4180 [kJ] / 3600 [kJ] ≈ 1,16 [kWh]
Question
Démontrez que Cmair ≈ 0,34 [Wh / m3.K]
1 [m3] d'air = 1,2 [kg]
Pour réchauffer 1,2 [kg] d'air de 1 [K], il faudra:
1,2 x 1 [kJ] x 1 = 1,2 [kJ] Nous savons que 1 [kWh] = 3600 [kJ]
Donc:
1,2 [kJ] / 3600 [kJ] ≈ 0,00034 [kWh] soit 0,34 [Wh]