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 (notée 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 les suivantes. 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 connaissons également le rapport entre [kWh] et [kJ].
1 [kWh] = 3600 [kJ]
Voir dossier «Les puissances en génie climatique».
Nous connaissons également les masses volumiques de l'eau et de l'air.
- 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 les suivantes.
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 de l'eau (ρeau = 1000 [kg/m³]) et la chaleur massique de l'eau (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 de 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.
- 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]
La masse volumique de l’eau est 833 fois supérieure à celle de l’air.
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 faut,
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 faut
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].