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Joule par kilogramme-kelvin

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

Le joule par kilogramme-kelvin (J·kg-1·K-1), est l'unité SI de capacité thermique massique et de l'entropie massique. Si un corps homogène a une capacité thermique massique de 1 J·kg-1·K-1, cela signifie qu'il faut une quantité d'énergie de un joule pour augmenter de un degré la température d'un kilogramme de ce corps.

Sommaire

[modifier] Histoire du joule par kilogramme kelvin

L'unité de mesure de la capacité thermique massique n'a pas toujours été le joule par kilogramme kelvin : elle n'est pas apparue avec la notion de chaleur spécifique (autre nom de la capacité thermique massique), ni même avec l'idée de mesure de cette chaleur spécifique.

Les premiers travaux portant sur la chaleur spécifique des corps ne mentionnent en fait aucune unité de mesure particulière de cette propriété. Voilà ainsi comment Lavoisier évoque en 1780 l'unité de mesure de la chaleur spécifique dans son Mémoire sur la chaleur : « Si l’on suppose deux corps égaux en masse, et réduits à la même température, la quantité de chaleur nécessaire pour élever d’un degré leur température peut n’être pas la même pour ces deux corps ; et, si l’on prend pour unité celle qui peut élever d’un degré la température d’une livre d’eau commune, on conçoit facilement que toutes les autres quantités de chaleur, relatives aux différents corps, peuvent être exprimées en parties de cette unité. Nous entendrons dans la suite, par capacités de chaleur ou chaleurs spécifiques, ces rapports des quantités de chaleur nécessaires pour élever d’un même nombre de degrés leur température, à égalité de masse.  »[1]

Le joule par kilogramme kelvin n'apparaît que dans la seconde moitié du XIXe[réf. nécessaire], après les travaux de James Prescott Joule (1818-1889). Cette unité de mesure ne figure évidemment pas dans les travaux fondateurs de ce scientifique, mais on la trouve mentionnée dès la seconde édition de almanach de Whitaker[2], en 1869, où il est explicitement précisé que l'unité de mesure de la "capacité de chaleur spécifique" est le joule par kilogramme kelvin[3]. Pendant longtemps[réf. nécessaire], cette unité de mesure coexistera avec d'autres unités de mesure de la chaleur spécifique, composées avec d'autres unités de base (en particulier la calorie).

Julius Robert von Mayer
Julius Robert von Mayer

Un autre scientifique ayant contribué à l'étude de la notion de chaleur spécifique, Julius Robert von Mayer (1814-1878), médecin et physicien allemand qui formula en 1845 le premier principe de la thermodynamique, a donné son nom à l'unité de chaleur massique[4] : 1 mayer = 1 J/(kg K). D'après une édition de 1964 d'un dictionnaire anglophone des unités de mesure scientifiques[5], on retrouve cette unité dans une publication de 1925[6]. Le mayer est cependant une unité de mesure non légale (comme l'inch, dans le système de mesure des longueur), et n'a plus guère cours aujourd'hui.

Au cours XXe, le joule par kilogramme kelvin a continué à coexister avec d'autres unités de mesure de la chaleur spécifique. Ainsi, les thermochimistes utilisent plutôt la "version calorie" de cette unité. Cependant, le joule par kilogramme kelvin est aujourd'hui reconnu par le Bureau international des poids et mesures comme l'unité légitime de la chaleur spécifique : c'est une unité du système international de mesure.

[modifier] Définition légale

Le joule par kilogramme kelvin est donc aujourd'hui une unité SI, et plus exactement une « unité SI dérivée cohérente dont le nom et le symbole comprennent des unités SI dérivées cohérentes ayant des noms spéciaux et des symboles particuliers »[7], définie précisément et encadré légalement par les textes du Bureau international des poids et mesures (BIPM).

Son symbole est le J/(kg K) : il n'y a pas d'autre symbole spécifique pour cette unité de mesure. Exprimé en unité SI de base, le joule par kilogramme kelvin s'écrit en m²s–2K–1.

A côté du joule par kilogramme kelvin figure le joule par mole kelvin, qui mesure la capacité thermique molaire.

[modifier] Utilisation

A la différence d'autres unités SI dérivées, il n'existe pas d'instrument gradué en joule par kilogramme kelvin[réf. nécessaire] : la capacité thermique massique se mesure indirectement.

[modifier] Notes

  1. Mémoire sur la chaleur, par MM. Lavoisier et de Laplace, Mémoires de l’Académie des sciences, année 1780. Texte accessible à cette adresse.
  2. En l'absence d'instance internationale de standardisation, cette sorte almanach facilitait la diffusion d'une convention commune sur les unités de mesure[réf. nécessaire]
  3. Joseph Whitaker, An Almanack for the Year of Our Lord, 1869. Texte accessible sur google books à cette adresse
  4. Voir ce document sur le site de l'université de compiègne
  5. H. G. Jerrard, Donald Burgess McNeill, A Dictionary of Scientific Units, Including Dimensionless Numbers and Scales, Franklin, Pub. Co., p. 83. Extrait accessible à cette adresse.
  6. Richards T. W., Glucker T. F., J. Amer. Chem. Soc. Vol. 47, 1876-93 (1925)
  7. Voir sur cette page du BIPM

[modifier] Voir aussi

[modifier] Liens externes