Relation entre la capacité thermique et la masse volumique

[invitefcf1d8d2]

Bonjour à tous,

Je me permets de solliciter votre aide au sujet de la relation entre la masse volumique et la capacité thermique des liquides. Je butte sur la distinction entre la capacité thermique massique et la capacité thermique volumique. Par définition, il s'agit de la quantité de chaleur qu'il faut fournir à une unité de masse ou de volume de ce corps pour élever sa température de un degré.

J'ai lu que la capacité thermique massique diminue avec la masse volumique. Or, la capacité thermique volumique augmente avec la masse volumique. Du coup, je n'arrive pas à comprendre, au sens physique, si l'augmentation de la masse volumique favorise le pouvoir caloporteur du fluide ou pas?

Ce que j'ai compris au sens fondamental, c'est que les molécules disposent de degrés de libertés qui sont autant de modes pour absorber l'énergie et augmenter la capacité thermique. Donc, si j'augmente la masse volumique d'un fluide, j'aurais plus de particules pour un volume donné, donc plus de possibilités pour stocker l'énergie a priori, d'où le fait que la capacité volumique augmente avec la masse volumique.
Pour que la capacité massique diminue avec la masse volumique, cela pourrait signifier qu'il y a un effet de volume sur la capacité thermique. Je m'explique. Pour un gramme donné, j'aurais le même nombre de particules pour deux fluides donnés, mais j'aurais un plus grand volume pour le fluide le moins dense. Donc si sa capacité thermique est plus élevée, bien que le nombre de particules soit le même, car leur masse est la même, alors cela implique que le volume a aussi un effet positif sur la capacité non? Si c'est le cas, comment l'expliquer?

Merci pour votre aide.

Cordialement,
Guy
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[petitmousse49]

Bonjour
Ton raisonnement évoque pour moi la loi empirique de Dulong et Petit selon laquelle la capacité molaire isochore d'un solide est égale à (3R), valeur donc indépendante de la nature du solide. Cela revient à dire que la capacité massique isochore d'un solide vaut

où M est la masse molaire.
Tu trouveras facilement des documents sur le net concernant cette loi ; ici par exemple, partie III :
http://agregation.capes.free.fr/agre...THERMIQUES.doc

[invitefcf1d8d2]

Bonjour
Ton raisonnement évoque pour moi la loi empirique de Dulong et Petit selon laquelle la capacité molaire isochore d'un solide est égale à (3R), valeur donc indépendante de la nature du solide. Cela revient à dire que la capacité massique isochore d'un solide vaut

où M est la masse molaire.
Tu trouveras facilement des documents sur le net concernant cette loi ; ici par exemple, partie III :
http://agregation.capes.free.fr/agre...THERMIQUES.doc

Merci pour votre réponse rapide, mais je ne comprends toujours pas. La loi de Dulong & Petit n'est valable que pour les solides et elle dit que les capacités molaires des différents solides sont égales à la constante 3R. Autrement dit, peu importe la nature chimique du solide, si je considère un nombre de moles égal, j'aurais toujours la même capacité thermique.

Or, il me semble que dans le cas des liquides c'est différent. Si je considère une mole de différents liquides, je n'aurais pas la même capacité thermique pour ces différents liquides. En revanche, ce qu'on a, c'est une différence entre la masse et le volume. Si le liquide est dense, sa capacité massique est plus faible alors que sa capacité volumique est plus grande, comment expliquer cela en sachant que la capacité thermique s'explique par les degrés de liberté des particules qui composent le fluide?

Merci encore pour votre aide.

[invited1e66287]

bonjour ,
"Si le liquide est dense, sa capacité(thermique?) massique est plus faible"
tu as un lien qui le confirme? un kg d'eau a la capacité thermique massique de un kg d'eau , que ce kg soit dilaté par la chaleur ou pas, non?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitefcf1d8d2]

bonjour ,
"Si le liquide est dense, sa capacité(thermique?) massique est plus faible"
tu as un lien qui le confirme? un kg d'eau a la capacité thermique massique de un kg d'eau , que ce kg soit dilaté par la chaleur ou pas, non?

Merci pour votre réponse. Il me semble que la masse n'est pas tout, comme je le disais, en augmentant la température vous débloquerez de nouveaux degrés de liberté pour les molécules, ce qui sont d'autant plus de nouvelles possibilités pour stocker l'énergie. Pour 1 kg d'eau que vous chaufferiez, vous constaterez donc une augmentation de sa capacité thermique massique, comme le montre le graphe suivant:

https://www.researchgate.net/figure/...fig2_311433374

Pour les alcanes, j'ai trouvé cette formule qui permet de calculer la capacité thermique massique:

Cp = (1684 - 3,39T) / (racine carrée de la masse volumique à 15°C)

Ainsi d'après cette formule, à iso-température, le classement des capacités thermiques massiques et le classement des masses volumiques. Mais je n'ai pas trouvé d'explications physiques.

Merci encore pour votre aide.