Calcul de quantité de chaleur
Ce calcul de quantité de chaleur détermine la chaleur nécessaire pour changer la température d’une substance selon Q = m × c × ΔT. Saisissez masse, capacité thermique massique et variation de température, et l’outil donne la quantité de chaleur en joules et kilojoules, pour l’eau, les métaux et d’autres matériaux.
Résultats
L’outil « Calcul de quantité de chaleur » fait partie de notre rubrique Calculateurs : Énergie & chaleur. Parcourez cette rubrique pour dimensionner, convertir et vérifier vos résultats en complément de cet outil.
Pourquoi faire un calcul de quantité de chaleur
Chauffer une substance coûte de l’énergie, et la formule indique combien. L’outil multiplie masse, capacité thermique massique et variation de température, un corps plus lourd, une capacité thermique plus élevée ou une plus grande variation de température demandent donc plus d’énergie. Le résultat est la chaleur sensible, l’énergie qui change la température sans changer l’état.
Formule de la quantité de chaleur
L’outil utilise la formule de la chaleur sensible :
m est la masse, c la capacité thermique massique et ΔT la variation de température. La capacité thermique massique est l’énergie qui chauffe un kilogramme d’un degré, l’eau à 4186 demande donc bien plus d’énergie que l’acier à environ 490. La formule couvre l’énergie de la variation de température ; la vitesse à laquelle la chaleur circule est un calcul à part, décrit plus bas.
Exemple de calcul de quantité de chaleur
2 kg d’eau sont chauffés de 10 degrés, capacité thermique massique 4186 :
Il faut donc environ 83,7 kilojoules, soit environ 0,023 kWh, pour chauffer l’eau de 10 degrés. Changez masse ou variation de température, et l’outil ajuste l’énergie immédiatement.
Comment faire le calcul de quantité de chaleur
Saisissez la masse en kilogrammes, la capacité thermique massique en joules par kilogramme et par degré et la variation de température en degrés, et l’outil donne la quantité de chaleur en joules et kilojoules. Utilisez 4186 pour l’eau et des valeurs plus faibles pour les métaux. Il fonctionne pour le chauffage et le refroidissement, une variation négative donne l’énergie cédée.
Interpréter la quantité de chaleur
La quantité de chaleur est ce que vous devez apporter pour chauffer la substance, ou retirer pour la refroidir. L’eau domine beaucoup de résultats, car sa capacité thermique est élevée, c’est pourquoi elle sert de fluide de refroidissement et pourquoi les océans adoucissent le climat. Une valeur positive est de la chaleur apportée, une négative de la chaleur cédée. Pour la durée de chauffe, divisez cette énergie par la puissance de l’appareil de chauffage.
Quand faire un calcul de quantité de chaleur
- Dimensionner un appareil de chauffage
- Déterminer l’énergie pour chauffer ou refroidir un volume d’eau
- Comparer des matériaux par leur capacité thermique
- Déduire une durée de chauffe à partir de l’énergie et de la puissance
Erreurs fréquentes dans le calcul de quantité de chaleur
- Mauvaise capacité thermique. Chaque substance a sa valeur ; l’eau est bien au-dessus des métaux.
- Confondre énergie et débit. L’outil donne une énergie en joules, pas un flux de chaleur en watts.
- Ignorer les changements d’état. Fondre ou vaporiser demande en plus une chaleur latente.
Conseils pour le calcul de quantité de chaleur
- Utilisez 4186 pour l’eau et cherchez la valeur des autres substances.
- Divisez l’énergie par la puissance de chauffe pour la durée de chauffe.
- Ajoutez à part la chaleur latente si la substance fond ou s’évapore.
Flux de chaleur et quantité de chaleur par unité de temps
La forme énergétique Q = m × c × ΔT répond à combien de chaleur, le flux de chaleur répond à quelle vitesse. Il donne une puissance en watts plutôt qu’une énergie en joules et dépend du mode de transfert. Pour la conduction à travers une paroi, il croît avec la surface et l’écart de température et décroît avec l’épaisseur, à l’échelle de la conductivité thermique du matériau. C’est l’équation utilisée pour l’isolation et les échangeurs, en France par exemple pour le coefficient U selon les règles Th-U et la NF EN ISO 6946. Cet outil détermine l’énergie totale jusqu’à une température ; divisée par une puissance de chauffe, elle donne le temps. Pour les apports permanents d’une pièce, le calcul de charge thermique additionne les charges.
Conduction, convection et rayonnement thermique
La chaleur se déplace de trois façons, chacune avec sa propre équation. La conduction décrit la chaleur qui traverse des solides en contact, comme une casserole sur une plaque, et fonde les valeurs d’isolation. La convection transporte la chaleur dans un fluide en mouvement, comme l’air chaud qui monte d’un radiateur. Le rayonnement thermique décrit l’énergie transportée par ondes infrarouges et croît avec la puissance quatre de la température, c’est pourquoi un feu réchauffe à travers la pièce sans mouvement d’air. Les trois changent la vitesse d’arrivée de la chaleur, mais l’énergie totale pour chauffer une masse d’une quantité donnée découle toujours de Q = m × c × ΔT.
Tableau de quantité de chaleur selon le matériau
Capacité thermique massique de matériaux courants et quantité de chaleur pour 2 kg à 10 degrés de variation :
| Matériau | Capacité thermique massique (J/kg·°C) | Q pour 2 kg, 10 °C |
|---|---|---|
| Eau | 4186 | 83 720 J |
| Air | 1005 | 20 100 J |
| Aluminium | 900 | 18 000 J |
| Acier | 490 | 9 800 J |
| Cuivre | 385 | 7 700 J |
Questions fréquentes : Calcul de quantité de chaleur
Quelle est la formule de la quantité de chaleur ?
Pour la chaleur sensible, Q = m × c × ΔT, masse fois capacité thermique massique fois variation de température. L’outil donne la quantité de chaleur en joules.
Qu’est-ce que la capacité thermique massique ?
L’énergie qui chauffe un kilogramme d’une substance d’un degré. L’eau est élevée à 4186, les métaux bien plus bas.
L’outil couvre-t-il conduction et rayonnement ?
Il donne l’énergie d’une variation de température. Conduction et rayonnement décrivent la vitesse à laquelle la chaleur circule, un calcul à part expliqué plus bas.
Puis-je l’utiliser pour refroidir ?
Oui. Saisissez une variation de température négative, et l’outil donne l’énergie à retirer pour refroidir.