Partie III: Propriétés thermiques des matériaux

Partie III: Propriétés
thermiques des matériaux

Chapitre 6
Capacité calorifique, enthalpie et
stockage d’énergie
Quel que soit le matériau, les propriétés thermiques sont
importantes pour ses applications.
La capacité calorifique, qui est capitale pour les propriétés
thermiques, est reliée aux forces intermoléculaires, la
stabilité des phases, la conductivité thermique et le
stockage d’énergie.

Le principe de l’équipartition d’énergie
L’énergie d’une molécule est répartie de façon égale sur tous les
types de mouvement (translation, rotation, vibration).
Exemple: Un atome (ou une molécule monoatomique) a seulement le
mouvement de translation, E = (3/2)KT. Sa position est décrite par 3
coordonnées (x, y, z), et il a donc 3 degrés de liberté. Chaque degré de
liberté possède une énergie de (1/2)KT.
Pour une molécule linéaire composée de N atomes: 3 degrés de liberté
pour translation (centre de masse) avec une énergie associée de (3/2)KT,
2 degrés de liberté pour rotation avec KT, et (3N-5) degrés de liberté pour
vibration avec (3N-5)KT (un terme cinétique et un terme potentiel); alors
qu’une molécule non-linéaire en a 3 pour translation, 3 pour rotation et
(3N-6) pour vibration.

La capacité calorifique à volume constant:
CV= (αU/αT)V
Pour une mole de molécules: CV.m = CV NA

Capacité calorifique et enthalpie des gaz
CV,m = 1.5R à très basses températures avec la translation seulement
CV,m = 2.5R avec la contribution de rotation quand la température augmente
CV,m = 3.5R à températures plus élevées lorsque la vibration est activée
Cp,m = CV,m + R