Définition de la chaleur ; Équivalent mécanique de la chaleur ; Équation de la chaleur
1. Définition de la chaleur
Si des objets de températures différentes entrent en contact, il y a transfert de chaleur des objets chauds vers les objets froids. Ce transfert cesse lorsque les objets atteignent la même température. Par exemple, si l'on mélange de l'eau chaude et de l'eau froide, la chaleur se déplace généralement de l'eau chaude vers l'eau froide. Lorsqu'on plonge un fer chaud dans de l'eau froide, la chaleur se déplace du fer vers l'eau. Le transfert de chaleur s'arrête lorsque le fer et l'eau atteignent la même température. Lorsqu'une infirmière applique un thermomètre sur votre corps, la chaleur se déplace de…
Votre corps entre en contact avec le thermomètre. Le transfert de chaleur cesse lorsque votre corps et le thermomètre atteignent la même température. S'il s'agit d'un thermomètre à mercure, la surface du mercure se stabilise lorsque votre corps et le thermomètre atteignent la même température. Le chiffre affiché à la surface du mercure correspond alors à votre température corporelle.
Naturellement, la chaleur se déplace automatiquement des objets à haute température vers
Les objets à basse température sont sujets au transfert de chaleur, qui tend à égaliser leur température lorsqu'ils sont en contact. Au XVIIIe siècle, les physiciens soupçonnaient que le flux de chaleur était dû au mouvement d'un fluide, un type de fluide invisible (un fluide est une substance qui peut s'écouler ; il comprend les liquides et les gaz. L'eau (liquide) est un fluide car elle peut s'écouler. L'air est également un fluide car il peut s'écouler). Ce fluide était appelé calorique. La théorie des calories n'est plus utilisée car, sur la base des résultats expérimentaux, l'existence des calories ne peut être prouvée. Au XIXe siècle, le physicien anglais James Prescott Joule (1818-1889) a découvert comment chauffer de l'eau dans un récipient à l'aide d'une roue à agitation.
À partir des résultats de son expérience, Joule a établi une comparaison avec le chauffage de l'eau par le feu. Lorsqu'une flamme et un récipient contenant de l'eau sont en contact, la chaleur se déplace du feu (haute température) vers l'eau (basse température). Après avoir comparé l'élévation de température de l'eau due au contact avec le feu et celle due au travail effectué par l'agitateur, Joule a conclu que la chaleur est l'énergie qui se déplace d'un corps chaud vers un corps froid. La chaleur n'est pas une forme d'énergie (elle n'est pas un type d'énergie particulier, comme l'énergie cinétique, l'énergie potentielle, l'énergie chimique, etc.). La chaleur est une énergie qui se déplace en raison des différences de température. Ainsi, lorsque la chaleur circule d'objets chauds vers des objets froids, l'énergie se déplace des objets chauds vers les objets froids. Le transfert d'énergie cesse lorsque les objets en contact atteignent la même température.
2. Unité de chaleur et équivalent mécanique de la chaleur
L'unité de chaleur est la calorie (abrégée en cal). Une calorie correspond à la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d'un gramme d'eau de 1 °C.o (précisément, à partir de 14.5 oC 15.5 oC) La quantité de chaleur nécessaire varie en fonction de la température de l'eau. À quantité de chaleur égale, une augmentation de température de l'eau de 1 °Co Cela ne se produit que dans les températures comprises entre 14.5 et 14,5 degrés. oC 15.5 oC. Les unités de chaleur sont souvent utilisées, notamment pour exprimer la valeur énergétique des aliments en kilocalories (kcal). 1 kcal = 1000 calories. On peut également écrire 1 kcal = 1 Calorie (avec un K majuscule). L'unité de chauffage du système britannique est le Btu (British Thermal Unit). 1 Btu correspond à la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de 1 livre (0.45 kg) d'eau de 1 °F (exactement à partir de 63 °F). oF 64 oF).
La chaleur est liée à l'énergie ; il est donc nécessaire de connaître la relation entre les unités de chaleur et les unités d'énergie. D'après les expériences menées par Joule et d'autres scientifiques, on sait qu'un travail de 4 186 joules équivaut à 1 calorie de chaleur.
1 calorie = 4.186 joules
1 kcal = 1000 calories = 4186 joules
1 Btu = 778 pieds (0.24 km). 1 livre = 252 calories = 1055 joules
(1 calorie = 4 186 joules et 1 kcal = 4 186 joules, appelés l’équivalent mécanique de la chaleur)
3. L'équation de la chaleur
Si des objets présentant des différences de température entrent en contact, la chaleur se déplace naturellement des objets les plus chauds vers les plus froids. Ce transfert de chaleur cesse lorsque les deux objets atteignent l'équilibre thermique. Il provoque des variations de température entre les objets en contact. D'après cette brève explication, on peut conclure que la quantité de chaleur (Q) dépend de la nature de l'objet, de sa variation de température (ΔT), de sa masse (m) et de sa nature.
La relation entre la chaleur (Q) et la variation de température (ΔT)
Plus la chaleur est importante, plus la variation de température est grande. On peut en conclure que la quantité de chaleur (Q) est proportionnelle à la variation de température de l'objet.
Q α ΔT —– Comparaison 1
La relation entre la chaleur (Q) et la masse des objets (m)
La quantité de chaleur (Q) est proportionnelle à la variation de température de l'objet. Plus il y a d'eau, plus il faut de chaleur pour augmenter sa température.
Q α m —– Comparaison 2
La relation entre la chaleur (Q) et le type d'objet (c)
La chaleur nécessaire pour élever la température d'un objet est proportionnelle à la nature de cet objet.
Q α c —– Comparaison 3
Les trois comparaisons ci-dessus sont combinées en une équation :
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
Voici l'équation de la chaleur.
Description : Q = chaleur (Joule), m = masse de l'objet (kg), c = chaleur spécifique (J / kg C o ou K)
