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Généré le: 20 juillet 2026 à 21:34

Calculatrice de capacité thermique massique

Données

Masse1 kg
Capacité thermique massique (J/kg·K)4 186
Température initiale20 °C
Température finale100 °C

Généré avec OneCalc · https://onecalc.app/fr/physics/specific-heat

Physique

Calculatrice de capacité thermique massique

Calcule l'énergie thermique Q = mcΔT. Entrez la masse, la capacité thermique massique et les températures initiale et finale. Résultats en J, kJ, cal et kcal.

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La capacité thermique massique en bref

La capacité thermique massique est l'énergie nécessaire pour élever d'un kelvin la température d'un kilogramme d'une substance. La chaleur QQ échangée par un corps de masse mm et de capacité thermique massique cc lors d'une variation de température ΔT\Delta T s'écrit Q=mcΔTQ = mc\Delta T. Un QQ positif correspond à une absorption de chaleur ; un QQ négatif, à une cession de chaleur.

La formule de la chaleur spécifique

Q=m×c×ΔTQ = m \times c \times \Delta T
SymboleGrandeurUnité SI
QÉnergie thermiqueJ (joules)
mMassekg
cCapacité thermique massiqueJ/(kg·K)
ΔTVariation de température (T_finale − T_initiale)K (= °C numériquement)

Un Q positif signifie que la substance a absorbé de la chaleur (température en hausse). Un Q négatif signifie qu'elle en a cédé (température en baisse). La différence de température en Kelvin et en Celsius est numériquement identique, donc la formule est valable avec l'une ou l'autre échelle pour ΔT.

Capacités thermiques massiques de matériaux courants

Matériauc (J/kg·K)Remarques
Eau (liquide)4 186La plus élevée parmi les substances courantes
Glace2 090
Vapeur d'eau2 010
Éthanol2 440
Aluminium900Courant dans les ustensiles de cuisine
Air1 005À pression constante
Fer449
Cuivre385
Plomb128La plus basse parmi les métaux courants
Verre~840Varie selon la composition

La capacité thermique massique exceptionnellement élevée de l'eau (4 186 J/kg·K) explique pourquoi il faut autant de temps pour chauffer une casserole d'eau et pourquoi les océans modèrent le climat des régions côtières.

Exemple de calcul

Chauffer 2 kg d'eau de 15 °C (288,15 K) à 95 °C (368,15 K) :

ΔT=95−15=80 °C=80 K\Delta T = 95 - 15 = 80\text{ °C} = 80\text{ K} Q=2 kg×4 186 J/(kg\cdotpK)×80 K=669 760 J≈670 kJQ = 2\text{ kg} \times 4\,186\text{ J/(kg·K)} \times 80\text{ K} = 669\,760\text{ J} \approx 670\text{ kJ}

Une kilocalorie alimentaire (kcal) vaut 4 184 J, ce qui correspond à environ 160 kcal — soit l'énergie contenue dans une petite pomme.

Chauffer 5 lb d'eau de 60 °F à 200 °F, avec la chaleur spécifique de l'eau de 1 BTU/(lb·°F) :

ΔT=200−60=140 °F\Delta T = 200 - 60 = 140\text{ °F} Q=5 lb×1 BTU/(lb\cdotp°F)×140 °F=700 BTUQ = 5\text{ lb} \times 1\text{ BTU/(lb·°F)} \times 140\text{ °F} = 700\text{ BTU}

Par définition, 1 BTU élève 1 lb d'eau de 1 °F ; c'est donc l'énergie que fournit un brûleur de cuisinière classique en une trentaine de secondes.

Pourquoi l'eau a une si grande capacité thermique massique

Les molécules d'eau forment des liaisons hydrogène qui nécessitent une énergie considérable pour être rompues avant que la température puisse augmenter. C'est cette propriété moléculaire qui rend l'eau si efficace pour stocker la chaleur. Conséquences pratiques :

  • Cuisine : L'eau absorbe beaucoup de chaleur avant d'atteindre l'ébullition, ce qui assure une cuisson régulière.
  • Refroidissement : Les radiateurs automobiles, les échangeurs de chaleur industriels et les systèmes de refroidissement liquide exploitent tous la capacité thermique de l'eau.
  • Régulation climatique : Les villes côtières connaissent de plus faibles amplitudes thermiques que les villes continentales à la même latitude, grâce à l'effet tampon de l'océan.

Calorimétrie

La calorimétrie mesure les échanges de chaleur entre substances. Expérience type en lycée ou en classe préparatoire :

  1. Un objet chaud (masse m₁, capacité thermique c₁) est plongé dans de l'eau plus froide (masse m₂, c₂ = 4 186 J/kg·K) dans un vase calorimétrique isolant.
  2. Le système atteint l'équilibre thermique à la température T_eq.
  3. Chaleur perdue par l'objet = Chaleur gagnée par l'eau :
m1c1(T1−Teq)=m2c2(Teq−T2)m_1 c_1 (T_1 - T_{eq}) = m_2 c_2 (T_{eq} - T_2)

En résolvant pour c₁, on obtient la capacité thermique massique inconnue.

Questions fréquentes (FAQ)

Quelle est la formule du transfert thermique ?

La formule du transfert thermique est Q = m × c × ΔT, où Q est l'énergie thermique en joules, m la masse en kilogrammes, c la capacité thermique massique en J/(kg·K) et ΔT la variation de température (T_finale − T_initiale), en K ou °C — numériquement identiques pour une différence.

Un Q positif signifie que le corps absorbe de la chaleur (échauffement) ; un Q négatif signifie qu'il en cède (refroidissement). Cette formule est au programme de physique du lycée (terminale).

Quelle est la capacité thermique massique de l'eau ?

L'eau possède une capacité thermique massique d'environ 4 186 J/(kg·K), l'une des plus élevées parmi les substances courantes. Il faut donc 4 186 J pour élever 1 kg d'eau de 1 °C.

À titre de comparaison : l'aluminium est à ~900 J/(kg·K), le cuivre à ~385 J/(kg·K), le fer à ~449 J/(kg·K). Cette valeur élevée explique pourquoi l'eau est utilisée comme liquide de refroidissement dans les moteurs et les systèmes industriels, et pourquoi les régions côtières ont un climat plus tempéré que l'intérieur des terres.

Que signifie une valeur de Q positive ou négative ?

Q > 0 : le corps absorbe de la chaleur (sa température augmente). Q < 0 : le corps cède de la chaleur (sa température diminue). Par exemple, chauffer 1 kg d'eau de 20 °C à 100 °C donne Q = +334 880 J (chaleur absorbée). Refroidir la même eau jusqu'à 20 °C donne Q = −334 880 J (chaleur cédée au milieu).

Comment la capacité thermique massique est-elle utilisée en calorimétrie ?

Dans une expérience de calorimétrie, un objet chaud est plongé dans un liquide plus froid à l'intérieur d'un vase calorimétrique. La chaleur perdue par l'objet (Q = m₁c₁ΔT₁) est égale à la chaleur gagnée par le liquide (Q = m₂c₂ΔT₂) lorsque le système atteint l'équilibre thermique.

En mesurant les masses et les variations de température, on peut calculer la capacité thermique massique inconnue. Cette méthode est standard dans les travaux pratiques de lycée et de classes préparatoires.

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