Calorimétrie – La chaleur déplace le monde et est également essentielle à notre survie. La preuve en est le feu, sans lui on ne peut ni manger ni se réchauffer.
La chaleur, sous d'autres formes, est indispensable à notre vie quotidienne. LES calorimétrie étudie ces phénomènes.
Indice
LES calorimétrie c'est l'étude des phénomènes liés aux échanges d'énergie thermique. Ce transit d'énergie thermique est appelé chaleur et se produit en raison de la température entre les corps.
La chaleur est l'énergie transférée d'un corps à un autre, la seule différence étant la température entre les corps. Ce transfert d'énergie sous forme de chaleur se produit du corps avec la température la plus élevée vers le corps avec la température la plus basse.
Lorsque les corps sont isolés thermiquement par l'extérieur, le transfert s'effectue jusqu'à ce que les températures égales des corps soient atteintes, c'est-à-dire l'équilibre thermique.
Un corps a de l'énergie interne et non de la chaleur. C'est pourquoi ce n'est que lorsque l'énergie est transmise que la chaleur existe.
L'énergie, qui est sous forme de chaleur, produit un changement de température corporelle appelé chaleur sensible. Lorsque l'état physique du corps change, cette énergie est appelée chaleur latente.
L'énergie thermique en transit a sa grandeur appelée la quantité de chaleur (Q). L'unité de quantité de chaleur est le Joule (j) selon le Système International (SI).
En pratique, l'unité appelée calorie (cal) est également utilisée. Étant:
1 cal = 4,1868 J
La chaleur spécifique (c) serait la constante de proportion de l'équation fondamentale de calorimétrie. Cette valeur dépend directement de la substance présente dans l'organisme à étudier.
La chaleur spécifique du fer est de 0,00 cal/gº C. La chaleur spécifique de l'eau liquide est de 1 cal/gº C.
La capacité thermique est une quantité où la masse et la substance dont le corps est fait sont calculées.
C = m.c
Étant que
C = capacité thermique (j/°C ou cal/°C)
m = masse (kg ou g)
c = chaleur spécifique (J/kgº C ou chaux/gº C)
1,5 kg d'eau ont été placés dans une casserole à température ambiante (20ºC). Lorsqu'elle est chauffée, la température de l'eau monte à 85 °C. Tenant compte du fait que la chaleur spécifique est de 1 cal/gº C.
La quantité de chaleur reçue par l'eau pour atteindre cette température et la capacité thermique de cette portion d'eau sont calculées. Pour résoudre ce cas, nous devons remplacer toutes les valeurs dans l'équation fondamentale de calorimétrie.
L'attention à l'unité est très importante. La masse d'eau est indiquée en kilogrammes. Comme l'unité de chaleur spécifique est en cal/gº C.
Il est possible de calculer la quantité de chaleur reçue ou transférée à un corps qui a changé d'état physique.
Pendant que ce corps reçoit cette énergie, changeant de phase, sa température est constante. Cette chaleur latente est la formule suivante :
Q = m. L
Q = quantité de chaleur (J ou chaux)
m = masse (kg ou g)
L = chaleur latente (J/kg ou cal/g)
Quelle quantité de chaleur faut-il pour qu'un bloc de glace de 600 kg à 0°C se transforme en eau à cette température? Il faut considérer que la chaleur latente de la glace fondante est de 80 cal/g.
Pour ce calcul, remplacez les valeurs de la formule, sans oublier de transformer les unités :
m = 600 kg = 600 000 g
L = 80 cal/gº C
Q = 600 000. 80 = 48 000 000 cal = 48 000 kcal
Lorsque deux corps ou plus échangent de la chaleur, ce transfert de chaleur aura lieu de telle sorte que le corps avec une température plus élevée transférera cette énergie thermique au corps avec une température plus basse.
Dans les systèmes thermiques isolés, ces échanges thermiques auront lieu jusqu'à ce que l'équilibre thermique entre eux soit établi. La température finale sera la même entre les corps. Et lorsque ce stade est atteint, l'énergie totale est conservée.
C'est le moment où le transfert de chaleur d'un corps à un autre a lieu.
La propagation de la chaleur se fait de trois manières différentes :
La conduction thermique étudiée en calorimétrie, se produit lorsqu'il y a propagation de la chaleur par agitation thermique qui se produit dans les atomes et les molécules.
Cette agitation est transmise au corps tant qu'il y a une différence de température entre eux. Il est important de souligner que pour que cette transmission d'énergie thermique se produise, c'est-à-dire de chaleur, un matériau doit être le conducteur. Ce sont généralement des solides ou des fluides.
Il existe des matériaux qui facilitent cette conduction. Parmi eux se trouvent les métaux. Il existe également des isolants thermiques, qui conduisent la chaleur de manière imparfaite. Ils seraient en bois, en liège et en polystyrène.
Un exemple de cette chaleur de conduction serait un poêle à feu avec une cuillère en aluminium. La cuillère chauffe très vite, elle pourrait même nous brûler la main.
C'est pourquoi la cuillère a du bois ou des matériaux spécifiques là où nous les tenons, pour éviter les brûlures.
La convection thermique est le transfert de chaleur lors du transport de matériaux chauffés en raison de la différence de densité. Cela se produit dans les corps liquides et gazeux (gaz).
Lorsque la substance est chauffée, la densité de ce corps diminue. Ce changement de densité corporelle crée un mouvement à l'intérieur du corps gazeux ou liquide.
La partie qui a été chauffée va monter et la partie la plus dense du corps va descendre, créant ainsi un mouvement dans le liquide ou le gaz. C'est ce qu'on appelle les courants de convection.
Cela explique avec précision le chauffage de l'eau dans un pot. Par ces courants de convection, l'eau la plus chaude monte et la plus froide, qui serait la plus dense, descend.
L'irradiation thermique transfère la chaleur par des ondes électromagnétiques. Cette transmission d'énergie thermique n'a pas besoin d'un support matériel pour que les corps reçoivent cette énergie.
Un exemple de ceci est le rayonnement solaire sur notre planète, ici les corps ne sont pas en contact.
Lorsqu'un corps est touché, une partie du rayonnement est absorbée et cette partie est réfléchie. La quantité de rayonnement absorbé augmentera l'énergie cinétique des molécules du corps.
Lorsque les corps sont sombres, ils absorbent plus de rayonnement qu'ils ne le sont. Alors que les corps légers ont tendance à réfléchir ce rayonnement.
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