On mesure la quantité de cette chaleur (noté Q) en Joules (J). Multiple : le kilojoule (kj) ; 1 kj = J

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Laure Bénard
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1 Nom :.. Prénom :.. Classe :. Activité ① OBJECTIFS Connaitre les différentes modes de propagation de la chaleur Connaître la différence entre la chaleur et température 1- La chaleur et température 1-1 La chaleur La chaleur est un échange d énergie qui apparaît au cours d une transformation physique ou chimique. Ex : Echauffement des patins de freins sur la jante d une roue. (Frottements) Lors d une réaction chimique. On mesure la quantité de cette chaleur (noté Q) en Joules (J). Multiple : le kilojoule (kj) ; 1 kj = J Exemple : Convertir 250 Joules en kilojoule. 1-2 La température La température est une grandeur physique macroscopique qui permet de rendre compte de l état thermique d un corps. Elle est un indicateur de l agitation des particules constituant le corps. Plus la température est élevée et plus les particules ont des mouvements agités On en utilise principalement deux : - - L échelle Kelvin dite échelle absolue puisque la température T = 0 K est la plus petite température qui existe (elle correspond à une agitation nulle des molécules du corps). L échelle Celsius est définit par la relation : θ = T 273,15, qui la lie à l échelle absolue. Une température s exprime alors en C. - La température est une grandeur repérable et non mesurable en physique. (Mélanger 10 g d eau à 20 C avec 30 g d eau à 60 C n ont jamais fait 40 g d eau à 80 C). 1

2- Mode de transfert de la chaleur La chaleur peut se

2-1 La conduction La chaleur se transmet de proche en proche

2 2- Mode de transfert de la chaleur La chaleur peut se transmettre de trois façons possibles. 2-1 La conduction La chaleur se transmet de proche en proche sans transfert de matière d autant plus rapidement que le corps est meilleur conducteur de la chaleur. 2-2 La convection Sous forme de courant ascendant et descendant au sein d un liquide. Le courant chaud monte et le froid descend formant ainsi une cellule de convection. (Le liquide chaud étant moins dense que le liquide froid). 2-3 Le rayonnement Les corps chauds, comme le soleil émettent des rayonnements électromagnétiques. Il se propage dans l air et le vide et transporte de l énergie. 2

3 Nom :.. Prénom :.. Classe :. Activité ② OBJECTIFS Calculer une quantité de chaleur. Calculer une puissance thermique. 1- Mesure d une quantité de chaleur sans changement d état physique On chauffe régulièrement, sans provoquer l ébullition, une masse m de liquide. On peut admettre que la quantité de chaleur Q reçue par le liquide est effectivement proportionnelle à la durée de chauffage si celui-ci est maintenu constant. L expérience montre que : Expérience n 1 Expérience n 2 Expérience n 3 Expérience n 1 : La quantité de chaleur fournie à un corps pour élever sa température de 1 à 2 est proportionnelle à la variation de température : Expérience n 2 : Pour une même élévation de température, la quantité de chaleur est proportionnelle à la masse. Expérience n 3 : Pour une même élévation de température, la quantité de chaleur fournie à un corps dépend de la nature de ce corps. La quantité de chaleur, dépend de 3 paramètres : la masse, la variation de température et la nature du corps. Elle se traduit par le calcul suivant : Avec : symbole Grandeur Unités internationales Q M Quantité de Variation de Masse chaleur température Joule kilogramme En degré Celsius (J) (kg) ( C) C Chaleur massique Joule par kilogramme par degré (J.kg-1. C-1) ou (J/kg/ C) 3

Définition de la chaleur massique d un corps : C est la quantité de chaleur qu il faut fournir pour élever 1 kg de matière pour une variation de température : = 1 C.

4 Définition de la chaleur massique d un corps : C est la quantité de chaleur qu il faut fournir pour élever 1 kg de matière pour une variation de température : = 1 C. Chaleurs massiques de quelques corps exprimées en J/kg/ C Fer Plomb Cuivre Ethanol Eau Mercure La puissance thermique C est la quantité de chaleur libérée ou absorbée par seconde. symbole P Q t Grandeur Puissance Energie Temps Unités internationales Watt (W) Joule (J) Seconde (s) 3- Application 1 Calculer la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de 250 grammes d eau de 20 C à 80 C. 2 Sachant qu il faut 1 minutes et 20 secondes pour chauffer cette eau, Calculer la puissance nécessaire. 4- Transfert de chaleur 4-1 Les transferts de chaleurs Considérons un corps : il constitue le système (S) étudié ; Son environnement est le milieu extérieur. Si l on s intéresse à la quantité de chaleur (Q S ) avec le milieu extérieur, alors : Si le système reçoit de la chaleur du milieu extérieur, on attribue à Q S une valeur positive. Si le système cède de la chaleur au milieu extérieur, on attribue à Q S une valeur négative. 4

Dans une enceinte adiabatique (aucun échange de chaleur avec l extérieur), le corps chaud cède de la chaleur au corps froid jusqu'à l

C est une enceinte adiabatique (pas d échange de chaleur avec l extérieur). Celui du lycée est constitué de deux cuves en aluminium.

L air qui sépare les deux cuves limite les pertes par conduction.

(Cf : TP) 5- Application On mélange dans un bol 250 ml d eau à 20 C avec 50 ml d eau à 65 C. Calculer la température finale?

5 Dans une enceinte adiabatique (aucun échange de chaleur avec l extérieur), le corps chaud cède de la chaleur au corps froid jusqu'à l équilibre thermique. 4-2 Le calorimètre Le calorimètre est un appareil qui permet de mesurer des quantités de chaleurs. C est une enceinte adiabatique (pas d échange de chaleur avec l extérieur). Celui du lycée est constitué de deux cuves en aluminium. La cuve intérieure, dans laquelle se font les mesures, est supportée sur la cuve extérieure par une couronne en matière plastique. L air qui sépare les deux cuves limite les pertes par conduction. Le couvercle est percé d un orifice qui permet le passage de l agitateur et du thermomètre. (Cf : TP) 5- Application On mélange dans un bol 250 ml d eau à 20 C avec 50 ml d eau à 65 C. Calculer la température finale? (On ne tient pas compte des échanges de chaleur entre le bol et l eau). Le calcul se fait en plusieurs étapes : 1 Donner l expression de la quantité de chaleur pour la source froide. 2 Donner l expression de la quantité de chaleur pour la source chaude. 3 Appliquer l équilibre thermique et résoudre l équation pour trouver la température. 5

6 Nom :.. Prénom :.. Classe :. Activité ③ OBJECTIFS Connaître les différents changements d états. Calculer une chaleur latente Les changements d état Le passage d un état physique à un autre s appelle un changement d état. 4 Ce changement d état se traduit par une température déterminée et constante pendant toute la durée du changement d état. 1 Les différents changements d état : ①. ② ③ ④ ⑤.... ⑥ 2- La chaleur latente L énergie nécessaire pour passer d un état physique a un autre à température constante s appelle la chaleur latente. La quantité de chaleur Q fournie ou absorbée est proportionnelle à la masse du corps qui change d état. symbole Grandeur Unités internationales Q Quantité de chaleur Joule (J) m Masse kilogramme (kg) L Chaleur latente Joule par kilogramme (J.kg-1) ou (J/kg) 6

7 On parle de chaleur latente de fusion lors du passage de l état solide vers l état liquide et de chaleur latente de solidification pour le contraire. On parle de chaleur latente de vaporisation l état gazeux et de chaleur latente de liquéfaction lors du passage de l état liquide vers pour le contraire. Chaleurs latentes de quelques corps exprimées en J/kg Glace L f = 3, Fer L f = 2, Eau L v = 2, Application : Calculer la quantité de chaleur nécessaire pour faire passer 50 grammes de glace de l état solide à l état liquide. 7

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