chaleur spécifique?

[invite687e0d2b]

bonjour,
j'aurai une question a vous poser au sujet de la chaleur spécifique.
Selon les expliqations que j'ai trouvé sur le net la chaleur spécifique c'est la quantité de chaleur qu'il faut utilisé pour augmenter la température d'une unitée de masse d'une substance d'un degré.
je sais aussi que la chaleur représente l'énergie cinétique des grains de matière (molécules) donc la quantitée de chaleur recquise pour augmenter la température d'un gramme de matière d'un degré devrait etre la meme quel que soit la substance utilisé
alors comment chaque substance peut-elle avoir une chaleur spécifique différente des autres substances?
merci de m'éclairer sur ce sujet.
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[Coincoin]

Salut,
Ca vient du nombre de degrés de libertés qui change en fonction des molécules... Le nombre de degrés de liberté, c'est le nombre de paramètres qu'il te faut connaître pour savoir parfaitement la position de ta molécule dans l'espace. La capacité calorique (autre nom de la chaleur spécifique) ne dépend en théorique que de ça. Par exemple, un atome tout seul aura 3 degrés de liberté (les 3 directions de l'espace). Maintenant, si tu accroches 2 atomes ensemble de façon rigide, la molécule ainsi formée aura 5 degrés de liberté (2 fois 3 moins un degré à cause de la contrainte de distance entre les deux atomes). Mais si tu chauffes, la molécule va commencer à pouvoir vibrer suivant cet axe, elle semblera donc avoir un peu plus de 5 degrés de liberté (et un peu moins de 6 qui correspondrait aux deux atomes séparés). Avec 3 atomes, c'est encore pire car tu as toutes sortes de vibrations qui peuvent avoir lieu ou non (variation des distances (symétrique ou asymétrique) ou variation des angles).
Bref, tu vois que le nombre de degrés de liberté, et donc la capacité calorifique vont dépendre du type de molécules (nombre d'atomes, rigidité des liaisons, ...).

EDIT Croisement avec Deep, qui est plus clair et plus complet que moi

[deep_turtle]

Salut,

Intéressante remarque... En fait, la température est en effet reliée à l'énergie interne du gaz, qui contient l'énergie cinétique moyenne de chaque atome ou molécule, mais pas seulement.

Pour un gaz parfait, l'énergie interne est égale à l'énergie cinétique des molécules. Certaines molécules peuvent tourner sur elles-même et/ou vibrer, ce qui donne aussi de l'énergie cinétique. Du coup, une élévation de température correspond à une augmentation de toutes ces énergies cinétiques (rotation, vibration, translation), si bien qu'une même élévation de température correspond à un changement d'énergie plus grande pour une molécule qui peut tourner que pour une autre qui ne peut pas. ça explique la différence de capacité calorifique entre les gaz monoatomiques (qui ne peuvent pas tourner) et les autres.

Ensuite, les molécules peuvent interagir entre eux, s'attirent entre elles, et quand on apporte de l'énergie, une partie est utilisée pour délier les molécules entre elles. Du coup, l'élévation de température n'est pas seulement reliée à l'énergie cinétique, mais aussi à la partie de l'énergie qui est "perdue" à cause de cet effet...

Dans les gaz, c'est en général négligeable, et tous les gaz monoatomiques ont en effet, comme tu le suggères, des capacités calorifiques massives très proches. Par contre pour les liquides ça n'est pas négligeable du tout et on a de grosses différences d'un cas à l'autre...

PS : croisement avec Coincoin, qui est plus clair que moi.

[invite687e0d2b]

désolé je ne comprends pas.
je croyais que l'énergie cinétique d'un ensemble d'atomes ne dépends que de leur masse
qu'il y ait plusieur atomes légers ou peu d'atomes lourd, qu'il soit liés entre eux ou non, l'énergie cinétique recquise ne devrait-elle pas dépendre que de la masse de l'ensemble?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Coincoin]

L'énergie cinétique dépend de la masse mais aussi (et surtout) de la vitesse. Or la vitesse des atomes va correspondre en partie à la vitesse globale de la molécule (énergie cinétique de la molécule), mais aussi à d'autres mouvements de la molécule (vibrations, rotations).
Deux atomes isolés ne vont pas avoir les mêmes mouvements que deux atomes liés.

[invite687e0d2b]

ta réponse n'a pas vraiment de rapport avec ma question.
je vais mieux m'expliquer:
la température est la quantité de chaleur par unitée de masse signifie
la température est la quantitée d'énergie cinétique par unité de masse donc pour augmenter la température d'un gramme de matière d'un degré il faut une certaine quantitée de chaleur (=énergie cinétique) qui ne dépend pas du type de la matière mais de sa quantitée (donc masse)
donc la chaleur spécifique qui est la quantité de chaleur recquise pour augmenter le température d'un corps varie selon la masse du corps et non de la matière qui le constitue.
ma question est: pourquoi alors la chaleur spécifique d'un gramme d'eau est différent de celle d'un gramme de mercure par exemple?
c clair?

[Coincoin]

La température, ce n'est pas simplement l'agitation. La température dépend de comment on peut transférer cette énergie d'un système à un autre. Et cela fait qu'on doit faire intervenir le nombre de degrés de libertés. L'énergie est alors proportionnelle à la température et au nombre de degrés de libertés, ce qui explique la différence entre les différents éléments.

Prenons un exemple. Prenons un gaz monoatomique (par exemple de l'hélium) et un gaz diatomique (du dihydrogène). Donnons la même énergie par atome/molécule à chacun des gaz. Alors, les atomes d'hélium vont se déplacer à une certaine vitesse. Pour les molécules de dihydrogène par contre, une part de cette énergie va servir à faire vibrer la molécule. Donc l'énergie qui servira au mouvement global de la molécule sera plus faible. La molécule de dihydrogène ira donc moins vite que l'atome d'hélium (on considérera que la masse du dihydrogène est la même que celle de l'hélium, ce qui est très proche de la réalité). Maintenant mélangeons les deux gaz. Au cours d'un choc, l'hélium allant plus vite, il va donner de l'énergie au dihydrogène, jusqu'à ce que les vitesses soient les mêmes (et alors les chocs ne transféreront plus d'énergie d'un gaz à l'autre en moyenne). Bref, en moyenne, tu observes que l'hélium perd de l'énergie au profit du dihydrogène, ou autrement dit, la température de l'hélium était plus élevée que celle du dihydrogène. Pourtant ils avaient la même énergie...

Si on étudie ça d'un point de vue statistique, on dit que chaque degré de liberté a une énergie kT/2, où T est la température et k une constante (constante de Boltzmann). Appliquons ça à notre exemple : l'hélium a 3 degrés de liberté. Donc si on lui fournit une énergie E, il aura une énergie . Maintenant, fournissons la même énergie à une molécule de dihydrogène. Cette molécule n'a que 5 degrés de liberté, donc , ce qui nous donne . Tu vois donc que . Pour chauffer à la même température, il faut plus d'énergie par molécule pour le dihydrogène que pour l'hélium. La capacité calorifique du dihydrogène est plus élevée que celle de l'hélium...

[invite687e0d2b]

merci beaucoup j'ai tout compris sauf les équations (j'ai seulement 13 ans).
au début j'ai pas compris le rapport entre les degrés de liberté et ma question
ça fait plaisir d'apprendre des nouveaux trucs

[Coincoin]

Crois-moi, ça m'a été utile de le mettre au propre à moi aussi ! Ca clarifie les idées !

Je vais peut-être imprimer mon message et l'encadrer...