Chapitre 1
21
À l’échelle microscopique (lorsque l’on considère le mouvement individuel
des particules) les concepts de température et de chaleur sont plus difficiles
encore à définir ; mais cela dépasse le domaine d’étude de cet ouvrage 1 .
1.4.3 La capacité thermique
Lorsque l’on fournit la même quantité de chaleur à deux corps différents, leur
température peut augmenter de différente façon – par exemple, il faut moins
de chaleur pour augmenter de 1 ◦ C la température d’un kilogramme d’acier
que d’un kilogramme d’aluminium. Cette propension de la température
d’un corps à augmenter est nommée sa capacité thermique (ou capacité
calorifique).
On définit la capacité thermique massique d’un corps comme la quantité
de chaleur nécessaire pour augmenter d’un kelvin la température d’un
kilogramme de ce corps :
í µí± ≡
δí µí±
dí µí±
=
1
í µí±
δí µí±
dí µí±
(1/13)
où í µí± est la capacité thermique massique du corps considéré (J kg
−1 K
−1 ),
δí µí± est une quantité spécifique infinitésimale de chaleur (J kg
−1 ),
et dí µí± est une variation infinitésimale de température (K ou
◦ C).
Dans cette équation 1/13, le transfert infinitésimal de chaleur est noté avec le
symbole δ, tandis que la variation infinitésimale de température l’est avec le
symbole d. Cette distinction est inoffensive et est détaillée dans l’annexe A4
p. 326.
La capacité calorifique massique des solides est en général invariante. Par
contre pour les fluides, que nous utilisons beaucoup dans les machines, ce
n’est pas si simple :
• En faisant travailler un gaz (c’est-à-dire en le laissant pousser sur une
paroi mobile), on augmente nettement sa capacité calorifique massique.
Nous quantifierons ce phénomène au chapitre 4 (le gaz parfait);
• La capacité calorifique massique des liquides et vapeurs devient infinie (!)
pendant l’ébullition, qui a lieu sur une plage particulière de propriétés.
Hors de cette plage, la capacité redevient finie mais elle varie avec la
température. Nous décrirons ces comportements au chapitre 5 (liquides
et vapeurs).
Exemple 1.7
La capacité calorifique massique de l’acier solide est constante (indépendante de la température) et a pour valeur í µí± acier = 475 J kg
−1 K −1 .
Combien faut-il de chaleur pour faire évoluer un bloc de 50 kg d’acier
depuis une température í µí± A = 5 ◦ C jusqu’à une température í µí± B = 18 ◦ C ?
1 Pour mieux définir les frontières entre les échelles macroscopique et microscopique dans la thermodynamique de l’ingénieur, les étudiants les plus rigoureux pourront par exemple consulter l’ouvrage d’Alexandre Watzky [48]. Richard
Feynman [30, 35] explore à plusieurs reprises ces changements d’échelle et leurs
implications.
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
21
À l’échelle microscopique (lorsque l’on considère le mouvement individuel
des particules) les concepts de température et de chaleur sont plus difficiles
encore à définir ; mais cela dépasse le domaine d’étude de cet ouvrage 1 .
1.4.3 La capacité thermique
Lorsque l’on fournit la même quantité de chaleur à deux corps différents, leur
température peut augmenter de différente façon – par exemple, il faut moins
de chaleur pour augmenter de 1 ◦ C la température d’un kilogramme d’acier
que d’un kilogramme d’aluminium. Cette propension de la température
d’un corps à augmenter est nommée sa capacité thermique (ou capacité
calorifique).
On définit la capacité thermique massique d’un corps comme la quantité
de chaleur nécessaire pour augmenter d’un kelvin la température d’un
kilogramme de ce corps :
í µí± ≡
δí µí±
dí µí±
=
1
í µí±
δí µí±
dí µí±
(1/13)
où í µí± est la capacité thermique massique du corps considéré (J kg
−1 K
−1 ),
δí µí± est une quantité spécifique infinitésimale de chaleur (J kg
−1 ),
et dí µí± est une variation infinitésimale de température (K ou
◦ C).
Dans cette équation 1/13, le transfert infinitésimal de chaleur est noté avec le
symbole δ, tandis que la variation infinitésimale de température l’est avec le
symbole d. Cette distinction est inoffensive et est détaillée dans l’annexe A4
p. 326.
La capacité calorifique massique des solides est en général invariante. Par
contre pour les fluides, que nous utilisons beaucoup dans les machines, ce
n’est pas si simple :
• En faisant travailler un gaz (c’est-à-dire en le laissant pousser sur une
paroi mobile), on augmente nettement sa capacité calorifique massique.
Nous quantifierons ce phénomène au chapitre 4 (le gaz parfait);
• La capacité calorifique massique des liquides et vapeurs devient infinie (!)
pendant l’ébullition, qui a lieu sur une plage particulière de propriétés.
Hors de cette plage, la capacité redevient finie mais elle varie avec la
température. Nous décrirons ces comportements au chapitre 5 (liquides
et vapeurs).
Exemple 1.7
La capacité calorifique massique de l’acier solide est constante (indépendante de la température) et a pour valeur í µí± acier = 475 J kg
−1 K −1 .
Combien faut-il de chaleur pour faire évoluer un bloc de 50 kg d’acier
depuis une température í µí± A = 5 ◦ C jusqu’à une température í µí± B = 18 ◦ C ?
1 Pour mieux définir les frontières entre les échelles macroscopique et microscopique dans la thermodynamique de l’ingénieur, les étudiants les plus rigoureux pourront par exemple consulter l’ouvrage d’Alexandre Watzky [48]. Richard
Feynman [30, 35] explore à plusieurs reprises ces changements d’échelle et leurs
implications.
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen