Si vous avez déjà marché le long d’une plage par une journée ensoleillée et plongé vos orteils dans l’eau pour les rafraîchir après le sable chaud, vous avez profité de la chaleur spécifique de l’eau.

Malgré ce que cela peut paraître, la chaleur spécifique ne fait pas référence à la température exacte de quelque chose. Il s’agit d’un concept scientifique plus vaste qui concerne l’énergie nécessaire pour chauffer une substance. Comme vous l'avez peut-être remarqué dans l'exemple, toutes les substances ne se réchauffent pas au même rythme — d'où les différentes températures du sable et de l'eau.

La chaleur spécifique de l’eau est l’une de ses caractéristiques les plus intéressantes. Dans cet article, nous expliquerons ce qu’est la chaleur spécifique, quelle équation vous utilisez pour trouver la chaleur spécifique et pourquoi la chaleur spécifique de l’eau est si élevée.

La cuisinière, la casserole, l’eau et la vapeur ont toutes des chaleurs spécifiques différentes.

Qu’est-ce que la chaleur spécifique ?

La chaleur spécifique est une mesure de la capacité thermique ou de la quantité de chaleur qu'un matériau peut stocker lors d'un changement de température. Une capacité thermique élevée signifie qu'une substance peut absorber beaucoup de chaleur avant d'enregistrer un changement de température. Pensez au temps qu'il faut à une casserole pour se réchauffer au toucher sur la cuisinière par rapport au temps qu'il faut à l'eau à l'intérieur pour se réchauffer. . Cela signifie que l’eau a une capacité thermique plus élevée : elle peut stocker plus de chaleur avant de changer de température.

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La chaleur spécifique fait référence à la quantité exacte de chaleur nécessaire pour réchauffer d’un degré une unité de masse d’une substance. Pour revenir à notre exemple, la chaleur spécifique permettrait d'identifier exactement la quantité de chaleur nécessaire pour réchauffer une unité d'eau, comme une tasse, d'un degré.

Puisque la chaleur est en réalité une mesure du transfert d’énergie, il est plus exact de dire que la chaleur spécifique est en fait une déclaration de la quantité énergie une substance peut absorber avant un changement de température d’un degré.

La chaleur spécifique est généralement mesurée en joules et en kilojoules par gramme de masse, Celsius comme mesure de température. Les kilogrammes et les degrés Fahrenheit peuvent être utilisés, mais c'est plus rare.

La chaleur spécifique d’une substance peut être affectée par la température et la pression, c’est pourquoi la chaleur spécifique est généralement déterminée à température et pression constantes, généralement 25 degrés Celsius.

Quelle est l’équation de la chaleur spécifique ?

L'équation pour calculer la chaleur spécifique est la suivante :

$$Q = s × m × ΔT$$

$Q$ représente la quantité de chaleur, $s$ la chaleur spécifique (${Joules}/{gram * °Celsius}$), m la masse de la substance en grammes et $ΔT$ le changement observé dans température.

Différents types d’eau, comme l’eau de mer, peuvent avoir une chaleur spécifique différente.

Quelle est la chaleur spécifique de l’eau ?

Certaines substances chauffent rapidement, tandis que d’autres chauffent lentement. L’eau est l’une de ces dernières : elle a une capacité thermique spécifique élevée car elle nécessite plus d’énergie pour augmenter la température.

L'eau a une capacité thermique spécifique de 4182 J/kg°C. L’eau étant une substance très importante et courante, nous disposons même d’un moyen spécial pour identifier la quantité d’énergie nécessaire pour augmenter un gramme d’eau d’un degré Celsius : une calorie. Ceci est différent du type de calories dont nous parlons dans les aliments. Ce type de calorie équivaut à 1 000 calories, c'est pourquoi les calories liées aux aliments sont aussi parfois appelées kilocalories ou kcal.

La chaleur spécifique de l’eau est un peu plus élevée que celle de nombreuses autres substances courantes. Par exemple, la chaleur spécifique du fer est de 449 J/kg°C, celle du sable de 830 J/kg°C et celle du bois de chêne de 2 400 J/kg°C.

C’est parce que l’eau, composée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène, est électronégative. Un atome électronégatif est plus susceptible d’attirer des électrons vers lui, car un côté de l’atome aura une charge partiellement positive et l’autre une charge partiellement négative. Les côtés chargés opposés sont naturellement attirés les uns vers les autres, formant une liaison hydrogène plus faible. C’est pourquoi l’eau est capable de s’écouler au-delà d’elle-même, mais aussi de se lier : elle forme et brise constamment ces liens.

Ces liaisons expliquent également pourquoi l’eau liquide a une chaleur spécifique élevée. Toute énergie consacrée au chauffage de l’eau est répartie entre la rupture des liens et le chauffage de l’eau. À cause de ça, il faut plus d’énergie pour chauffer l’eau que d’autres substances.

Par exemple, si vous êtes à la plage par une journée ensoleillée, vous remarquerez que le sable est souvent assez chaud pour marcher, mais que l'eau est toujours fraîche, même dans les bas-fonds. En effet, le sable a une capacité thermique spécifique plus faible : il faut moins d’énergie pour augmenter la température d’un degré. L’eau ayant une capacité thermique élevée, elle a besoin de plus d’énergie pour augmenter la température d’un degré. Le soleil produit une énergie plus ou moins constante, ce qui réchauffe le sable plus rapidement et l'eau plus lentement.

Le sable a une chaleur spécifique beaucoup plus faible que l'eau, c'est pourquoi il chauffe si vite !

Tableau de chaleur spécifique

Si vous n’êtes pas déjà familier avec les Joules et les Calories, ces chiffres peuvent sembler un peu abstraits. Jetez un œil à ce tableau pour vous familiariser avec certaines chaleurs spécifiques courantes en fonction des Joules et des Calories, et comparez-les à ce que vous savez sur la façon dont ces substances se réchauffent !

Et après?

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