Formule de la quantité de chaleur : Q = m · c · ΔT expliquée
Chauffer une matière demande de l’énergie, et la formule de la quantité de chaleur vous dit combien. Ce guide traite la forme pour la chaleur sensible, la capacité thermique massique de matériaux courants et la différence entre quantité de chaleur et flux thermique.
La formule de la quantité de chaleur
La quantité de chaleur qui échauffe une matière sans changement d’état se calcule ainsi :
Q = m × c × ΔT
m est la masse, c la capacité thermique massique et ΔT la variation de température. La capacité thermique massique est l’énergie qui élève un kilogramme d’un kelvin ; l’eau, avec 4186 J/(kg·K), demande bien plus d’énergie que l’acier avec environ 490. Un écart de température en kelvins est numériquement égal à l’écart en degrés Celsius. Le calcul de quantité de chaleur applique la formule et donne joules et kilojoules.
Exemple de calcul
Chauffer 2 kg d’eau de 10 K : Q = 2 × 4186 × 10 = 83 720 J, soit environ 83,7 kJ ou 0,023 kWh. L’eau domine bien des résultats car sa capacité thermique est très élevée, c’est pourquoi elle convient si bien comme fluide de chauffage et de refroidissement. Un ballon d’eau chaude de 200 litres chauffé de 10 à 60 °C demande en conséquence 200 × 4186 × 50 = 41,9 MJ ou 11,6 kWh.
Capacité thermique massique de matériaux courants
Valeurs en J/(kg·K) : eau 4186, air 1005, aluminium 900, béton environ 880, acier 490, cuivre 385. Plus la capacité thermique est faible, plus une matière change vite de température pour la même énergie. La chaleur fait aussi croître les solides, ce que décrit la formule de la dilatation thermique.
Quantité de chaleur et flux thermique
Q = m c ΔT indique combien d’énergie change la température. La vitesse à laquelle cette chaleur circule est un autre calcul et dépend du mode : conduction à travers des solides en contact, convection dans les liquides et gaz en mouvement et rayonnement thermique par infrarouge. Pour la conduction à travers une paroi, on a par exemple Φ = U × A × ΔT avec le coefficient U en W/(m²·K). Pour transformer l’énergie en temps de chauffe, divisez-la par la puissance de chauffage. Les climatiseurs et appareils de chauffage sont souvent indiqués en BTU par heure, que le calcul de BTU détermine pour une pièce.
Calculs voisins sur la chaleur
Pour une pièce entière plutôt qu’une masse isolée, le calcul de charge thermique additionne apports et pertes par les murs, les vitrages, les occupants et les appareils.
Erreurs fréquentes
- Mauvaise capacité thermique. L’eau est bien au-dessus des métaux, utilisez la bonne valeur.
- Confondre quantité de chaleur et flux thermique. La formule donne des joules, pas les watts d’un calcul de flux.
- Ignorer le changement d’état. Fondre ou vaporiser demande une chaleur latente en plus de Q = m c ΔT.
Résumé
Quantité de chaleur : Q = m × c × ΔT. Eau c = 4186 J/(kg·K), 1 kWh = 3,6 MJ. Calculez vos propres nombres avec les calculateurs gratuits de CalculateGuide.