La chaleur
■a
O
c
û
t H
O
f N J
x:
oi
>•
Q .
O
U
La chaleur est une des manifestations de l’énergie. L’unité de chaleur est le joule (J).
Elle est reliée par nature à la notion de désordre.
1. Chaleur et désordre
Quand un système est en contact avec un milieu extérieur de température plus élevée,
il reçoit de la chaleur, ce qui augmente son énergie interne. Ce transfert est facilement
vérifiable en saisissant avec la main un objet porté à haute température. Au contact d’un
milieu extérieur de plus basse température, le système abaisse son énergie interne en
lui transférant de la chaleur. Après un certain temps, le système et le milieu extérieur
atteignent la même température. Deux corps en équilibre thermique sont à la même
température.
A une température donnée non nulle, en kelvin (K), les espèces composant le système (atomes, molécules) ne sont pas immobiles, mais elles subissent des mouvements aléatoires, c’est l’agitation thermique. Cette notion est intimement liée à celle
du désordre. Plus l’agitation thermique est importante, plus le système est désordonné
(il faut associer pour chaque particule sa position et sa vitesse). Ce qui est simple à
imaginer pour un gaz l’est aussi pour un cristal où l’agitation thermique conduit à
des mouvements aléatoires des atomes, mais autour d ’une position moyenne, le site
atomique dans le cristal.
La température est la conséquence macroscopique de cette agitation des espèces.
Quand la température s’élève, le système reçoit de la chaleur et l’agitation augmente.
Le désordre du système s’accentue. En revanche, l’agitation des espèces du milieu extérieur décroît car sa température s’est abaissée puisqu’il a transmis de la chaleur au
système. Quand la température du système s’abaisse, il cède de la chaleur et l’agitation
donc le désordre diminuent ; en revanche, les espèces du milieu extérieur, qui a récupéré
de la chaleur du système, accroissent leur agitation.
Retenons bien cette idée importante : le lien entre la chaleur et le désordre. Notons
enfin que la même élévation de température introduira d’autant plus de désordre que le
système sera à plus basse température initialement.
2. Capacité calorifique
La question naturelle qui se pose alors est la suivante : si le système est constitué par
un corps i (simple ou composé), quelle quantité de chaleur est à fournir (ou à récupérer) pour provoquer une élévation (ou une diminution) de température AT par unité
de masse ou par mole ? Cela requiert l’introduction d’une grandeur caractéristique du
corps considéré.
Le corps i est caractérisé par une grandeur Cj, sa capacité calorifique. Elle est donnée
pour la masse en J • kg"' • K"' ou par mole, en J • moi"' • K"'. Ainsi, si le corps i de masse
nt- subit une variation de température AT, un échange de chaleur se produit :
q, = m^C,AT
176
■a
O
c
û
t H
O
f N J
x:
oi
>•
Q .
O
U
La chaleur est une des manifestations de l’énergie. L’unité de chaleur est le joule (J).
Elle est reliée par nature à la notion de désordre.
1. Chaleur et désordre
Quand un système est en contact avec un milieu extérieur de température plus élevée,
il reçoit de la chaleur, ce qui augmente son énergie interne. Ce transfert est facilement
vérifiable en saisissant avec la main un objet porté à haute température. Au contact d’un
milieu extérieur de plus basse température, le système abaisse son énergie interne en
lui transférant de la chaleur. Après un certain temps, le système et le milieu extérieur
atteignent la même température. Deux corps en équilibre thermique sont à la même
température.
A une température donnée non nulle, en kelvin (K), les espèces composant le système (atomes, molécules) ne sont pas immobiles, mais elles subissent des mouvements aléatoires, c’est l’agitation thermique. Cette notion est intimement liée à celle
du désordre. Plus l’agitation thermique est importante, plus le système est désordonné
(il faut associer pour chaque particule sa position et sa vitesse). Ce qui est simple à
imaginer pour un gaz l’est aussi pour un cristal où l’agitation thermique conduit à
des mouvements aléatoires des atomes, mais autour d ’une position moyenne, le site
atomique dans le cristal.
La température est la conséquence macroscopique de cette agitation des espèces.
Quand la température s’élève, le système reçoit de la chaleur et l’agitation augmente.
Le désordre du système s’accentue. En revanche, l’agitation des espèces du milieu extérieur décroît car sa température s’est abaissée puisqu’il a transmis de la chaleur au
système. Quand la température du système s’abaisse, il cède de la chaleur et l’agitation
donc le désordre diminuent ; en revanche, les espèces du milieu extérieur, qui a récupéré
de la chaleur du système, accroissent leur agitation.
Retenons bien cette idée importante : le lien entre la chaleur et le désordre. Notons
enfin que la même élévation de température introduira d’autant plus de désordre que le
système sera à plus basse température initialement.
2. Capacité calorifique
La question naturelle qui se pose alors est la suivante : si le système est constitué par
un corps i (simple ou composé), quelle quantité de chaleur est à fournir (ou à récupérer) pour provoquer une élévation (ou une diminution) de température AT par unité
de masse ou par mole ? Cela requiert l’introduction d’une grandeur caractéristique du
corps considéré.
Le corps i est caractérisé par une grandeur Cj, sa capacité calorifique. Elle est donnée
pour la masse en J • kg"' • K"' ou par mole, en J • moi"' • K"'. Ainsi, si le corps i de masse
nt- subit une variation de température AT, un échange de chaleur se produit :
q, = m^C,AT
176