Capacité thermique massique — Physique, 14–17 ans
Les matériaux n’ont pas tous besoin de la même énergie pour se réchauffer. La capacité thermique massique permet de prévoir ce changement et de choisir des matériaux pour chauffer, refroidir ou se protéger de la chaleur.
Ce qu’elle mesure
La capacité thermique massique indique l’énergie nécessaire pour augmenter de 1 °C la température de 1 kilogramme d’un matériau. Une valeur élevée signifie qu’il se réchauffe lentement pour la même énergie reçue ; une valeur faible, qu’il se réchauffe plus facilement. L’eau a une valeur particulièrement élevée.
Pourquoi les matériaux chauffent différemment
Une cuillère en métal et une casserole d’eau peuvent recevoir l’énergie de la même flamme, mais leur température change à des rythmes différents. Les ingénieurs avaient besoin de le prévoir plutôt que de procéder par essais. La capacité thermique massique relie l’énergie fournie, la masse et la variation de température.
Chauffer de l’eau
Quelle énergie faut-il pour chauffer 2 kg d’eau de 10 °C ? Utilise Q = mcΔT, avec c = 4 200 J/(kg °C). Remplace : Q = 2 × 4 200 × 10 = 84 000 J. L’eau nécessite donc 84 kJ, si aucune énergie ne s’échappe vers l’environnement.
La température n’est pas l’énergie
On croit souvent que l’objet le plus chaud contient le plus d’énergie thermique. Sa température peut être plus élevée, mais l’énergie dépend aussi de la quantité de matière et de sa capacité thermique massique. Un grand bain tiède peut contenir plus d’énergie qu’une petite tasse brûlante.
Concevoir en tenant compte de la chaleur
La capacité thermique massique élevée de l’eau aide les mers et les lacs à changer lentement de température, ce qui influence le climat voisin. La même idée sert pour le refroidissement des voitures, les poêles et les réservoirs thermiques. On choisit une valeur élevée ou faible selon qu’on veut absorber la chaleur ou changer vite de température.
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