La chaleur spécifique Cp d'un corps (ou capacité thermique massique) est la quantité d'énergie à apporter pour élever d'un kelvin la température de l'unité de masse du corps. L'unité légale est donc le joule par kilogramme-kelvin (J.kg−1.K−1).
En fait on a Cp = lim (ΔQ / M.ΔT) si ΔT tend vers 0.
Pour les solides et les liquides, on ne distingue pas les valeurs à pression constante des valeurs à volume constant.
La chaleur spécifique de l'eau est Cpeau = 4186 Joule/kg K (à 0° C et conditions de pression normale).
La mesure est basée sur le fait que si l'on place dans une enceinte adiabatique deux corps A et B de températures différentes, ils évoluent vers un équilibre thermique et la quantité de chaleur reçue par l'un est égale à la quantité de chaleur cédée par l'autre.
On notera que si les corps en présence sont placés dans un calorimètre, celui-ci verra aussi sa température varier : Il est nécessaire de prendre en compte sa capacité calorifique mcal appelée équivalent en eau et généralement exprimée en gramme.
Pour déterminer Cp, on utilise un calorimètre adiabatique (vase Dewar en verre ou en acier inoxydable) qui contient une masse m d'eau à la température t.
On porte une masse M du corps à étudier à la température T > t puis on plonge le corps dans le calorimètre et on attend que la température se stabilise à la valeur Tf.
Dans l'état initial, on a Q1 = (m
+ mcal).Cpeau.t + M.Cp.T
Dans l'état final, on a : Q2 =
(m
+ mcal).Cpeau.Tf + M.Cp.Tf.
Si le calorimètre est adiabatique, on a Q1 = Q2. DE la mesure de Tf, on peut déduire Cp.
Pour déterminer l' équivalent en eau du calorimètre, on mélange une masse m d'eau à la température t avec une masse d'eau M à la température T. De la mesure de Tf, on déduit mcal. La valeur de mcal dépend du remplissage du calorimètre.
Remarque : La capacité thermique massique d'un solide est maintenant déterminée avec un appareil d'analyse thermo-différentielle qui permet des mesures plus rapides et plus précises que la méthode historique décrite ici.
Utilisation
Choisir un corps à étudier et avec les curseurs faire varier les valeurs de M et de T.
Déterminer la valeur de Cp des différents corps proposés.