Définition de la chaleur
Alors que l’énergie interne fait référence à l’énergie totale de toutes les molécules de l’objet, la chaleur est la quantité d’énergie qui circule spontanément d’un corps à un autre en raison de leur différence de température. La chaleur est une forme d’énergie, mais c’est une énergie en transit . La chaleur n’est pas la propriété d’un système. Cependant, le transfert d’énergie sous forme de chaleur se produit au niveau moléculaire à la suite d’une différence de température .
Considérons un bloc de métal à haute température, constitué d’atomes oscillant intensément autour de leurs positions moyennes. À basse température , les atomes continuent à osciller, mais avec moins d’intensité . Si un bloc de métal plus chaud est mis en contact avec un bloc plus froid, les atomes qui oscillent intensément au bord du bloc plus chaud dégagent son énergie cinétique aux atomes les moins oscillants situés au bord du bloc froid. Dans ce cas, il y a transfert d’énergie entre ces deux blocs et la chaleur circule du bloc le plus chaud au bloc le plus froid par ces vibrations aléatoires.
De même, comme pour le travail, il est important de faire la distinction entre la chaleur ajoutée à un système de son environnement et la chaleur retirée d’un système à son environnement. Q est positif pour la chaleur ajoutée au système, donc si la chaleur quitte le système, Q est négatif. Parce que W dans l’équation est le travail effectué par le système, alors si le travail est effectué sur le système, W sera négatif et E int augmentera.
Le symbole q est parfois utilisé pour indiquer la chaleur ajoutée ou retirée d’un système par unité de masse . Il est égal à la chaleur totale (Q) ajoutée ou retirée divisée par la masse (m).
Distinguer la température, la chaleur et l’énergie interne
En utilisant la théorie cinétique, une distinction claire entre ces trois propriétés peut être faite.
- La température est liée aux énergies cinétiques des molécules d’un matériau. C’est l’énergie cinétique moyenne des molécules individuelles.
- L’énergie interne fait référence à l’énergie totale de toutes les molécules à l’intérieur de l’objet. C’est une propriété étendue , donc lorsque deux lingots chauds à masse égale d’acier peuvent avoir la même température, mais deux d’entre eux ont deux fois plus d’énergie interne que l’un.
- Enfin, la chaleur est la quantité d’énergie qui circule d’un corps à l’autre spontanément en raison de leur différence de température.
Il faut l’ajouter, lorsqu’il existe une différence de température , la chaleur s’écoule spontanément du système le plus chaud vers le système le plus froid . Ainsi, si un cube d’acier de 5 kg à 100 ° C est mis en contact avec un cube d’acier de 500 kg à 20 ° C, la chaleur circule du cube à 300 ° C vers le cube à 20 ° C même si l’énergie interne du cube à 20 ° C est beaucoup plus grand car il y en a tellement plus.
Un concept particulièrement important est l’équilibre thermodynamique . En général, lorsque deux objets sont mis en contact thermique , la chaleur circule entre eux jusqu’à ce qu’ils s’équilibrent .
Exemple – Évaporation d’eau à pression atmosphérique
Calculer la chaleur nécessaire pour évaporer 1 kg d’eau à la pression atmosphérique (p = 1,0133 bar) et à la température de 100 ° C.
Solution:
Puisque ces paramètres correspondent à l’état liquide saturé, seule la chaleur latente de vaporisation de 1 kg d’eau est requise. À partir des tables à vapeur , la chaleur latente de vaporisation est L = 2257 kJ / kg. La chaleur requise est donc égale à:
ΔH = 2257 kJ
Il faut noter que l’enthalpie spécifique initiale h 1 = 419 kJ / kg, tandis que l’enthalpie spécifique finale sera h 2 = 2676 kJ / kg. L’enthalpie spécifique de la vapeur sèche à basse pression est très similaire à l’enthalpie spécifique de la vapeur sèche à haute pression, malgré le fait qu’elles ont des températures différentes.
Exemple – Evaporation d’eau à haute pression
Calculer la chaleur nécessaire pour évaporer 1 kg d’eau d’alimentation à la pression de 6 MPa (p = 60 bar) et à la température de 275,6 ° C ( température de saturation ).
Solution:
Puisque ces paramètres correspondent à l’ état liquide saturé , seule la chaleur latente de vaporisation de 1 kg d’eau est requise. À partir des tables à vapeur, la chaleur latente de vaporisation est L = 1571 kJ / kg. La chaleur requise est donc égale à:
ΔH = 1571 kJ
Il est à noter que l’enthalpie spécifique initiale h 1 = 1214 kJ / kg, tandis que l’enthalpie spécifique finale sera h 2 = 2785 kJ / kg.
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