QCM : Chaleur et température (14 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quel instrument permet de mesurer la température d’un corps ?

Un calorimètre
Un hygromètre
Un baromètre
Un thermomètre

Un thermomètre

Explication

Le thermomètre sert à mesurer la température d’un corps. Un calorimètre sert plutôt à étudier les échanges de chaleur.

2. Sur l’échelle Celsius, quelles valeurs correspondent aux points de solidification et d’ébullition de l’eau au niveau de la mer, sous pression atmosphérique normale ?

0 °C0\,°C pour la solidification et 100 °C100\,°C pour l’ébullition sous pression réduite
273,15 °C273{,}15\,°C pour la solidification et 373,15 °C373{,}15\,°C pour l’ébullition
32 °C32\,°C pour la solidification et 212 °C212\,°C pour l’ébullition
0 °C0\,°C pour la solidification et 100 °C100\,°C pour l’ébullition

$$0\,°C$$ pour la solidification et $$100\,°C$$ pour l’ébullition

Explication

L’échelle Celsius fixe ces deux repères à 0 °C0\,°C et 100 °C100\,°C dans les conditions indiquées. Les valeurs 32 °C32\,°C et 212 °C212\,°C ne sont pas les repères de cette échelle.

3. Une température de 20 °C20\,°C correspond à quelle température en kelvins, selon la relation de conversion donnée ?

273,15 K273{,}15\,K
293,15 K293{,}15\,K
253,15 K253{,}15\,K
20 K20\,K

$$293{,}15\,K$$

Explication

La conversion s’effectue en ajoutant 273,15273{,}15 à la température en degrés Celsius, ce qui donne 293,15 K293{,}15\,K. Soustraire cette constante correspondrait à appliquer la relation dans le mauvais sens.

4. Quelle caractéristique distingue l’échelle kelvin de l’échelle Celsius dans la présentation donnée ?

L’échelle Celsius appartient au système international, contrairement à l’échelle kelvin.
L’échelle kelvin ne comporte pas de valeurs négatives, contrairement à l’échelle Celsius.
L’échelle kelvin est principalement utilisée aux États-Unis, contrairement à l’échelle Celsius.
L’échelle Celsius ne comporte pas de valeurs négatives, contrairement à l’échelle kelvin.

L’échelle kelvin ne comporte pas de valeurs négatives, contrairement à l’échelle Celsius.

Explication

L’échelle kelvin appartient au système international et ne comporte pas de valeurs négatives dans la présentation donnée. La confusion consiste à attribuer cette absence de valeurs négatives à l’échelle Celsius, qui peut en avoir.

5. Comment définit-on la chaleur dans le modèle étudié, et dans quelle unité la mesure-t-on ?

Comme l’agitation des molécules d’un corps, mesurée en degrés Celsius
Comme l’énergie thermique possédée par un corps, mesurée en joules
Comme l’énergie électrique d’un corps, mesurée en watts
Comme la température d’un corps, mesurée en kelvins

Comme l’énergie thermique possédée par un corps, mesurée en joules

Explication

La chaleur est définie comme l’énergie thermique que possède un corps et se mesure en joules. La température est une grandeur distincte, et son unité n’est pas le joule.

6. Que traduit une variation de température d’un corps dans le modèle de l’agitation thermique ?

Une variation de son état électrique
Une variation de sa masse totale
Une variation de sa composition chimique
Une variation de son agitation thermique

Une variation de son agitation thermique

Explication

Une variation de température correspond à une variation de l’agitation thermique du corps. Elle ne signifie pas, à elle seule, que sa composition chimique ou sa masse a changé.

7. Un corps perd de la chaleur au cours d’un échange thermique : quelle évolution est attendue ?

Son agitation thermique diminue et sa température monte.
Son agitation thermique augmente et sa température monte.
Son agitation thermique augmente et sa température baisse.
Son agitation thermique diminue et sa température baisse.

Son agitation thermique diminue et sa température baisse.

Explication

Lorsqu’un corps perd de la chaleur, son agitation thermique et sa température diminuent. Une hausse de ces deux grandeurs correspond plutôt au cas où le corps reçoit de l’énergie thermique.

8. Un matériau passe de l’état solide à l’état liquide : quel changement d’état subit-il ?

Une solidification
Une liquéfaction
Une vaporisation
Une fusion

Une fusion

Explication

La fusion désigne le passage de l’état solide à l’état liquide. La solidification décrit le passage inverse, du liquide vers le solide.

9. Dans le modèle présenté, à quelle température l’eau est-elle considérée comme liquide ?

Lorsque 0 °C<θ0\,°C < \theta
Lorsque 0 °C<θ<100 °C0\,°C < \theta < 100\,°C
Lorsque θ>100 °C\theta > 100\,°C
Lorsque θ<0 °C\theta < 0\,°C

Lorsque $$0\,°C < \theta < 100\,°C$$

Explication

Dans ce modèle, l’eau est liquide entre 0 °C0\,°C et 100 °C100\,°C. En dessous de 0 °C0\,°C, elle est considérée comme solide, et au-dessus de 100 °C100\,°C comme gazeuse.

10. Quelle caractéristique distingue un corps pur d’un mélange ?

Il se compose d’une substance qui change d’état à une température variable.
Il est constitué de plusieurs substances qui restent séparées pendant le chauffage.
Il est constitué d’une seule substance, tandis qu’un mélange en associe plusieurs.
Il associe plusieurs substances qui réagissent nécessairement entre elles.

Il est constitué d’une seule substance, tandis qu’un mélange en associe plusieurs.

Explication

Un corps pur est constitué d’une seule substance, contrairement à un mélange qui en associe plusieurs. L’idée que les substances d’un mélange réagissent entre elles ne convient pas à la définition donnée.

11. Que se passe-t-il à la température de l’eau pendant son ébullition, après qu’elle a commencé à chauffer ?

Elle stagne autour de 0 °C pendant que liquide et gaz coexistent.
Elle continue d’augmenter tandis que l’eau reste entièrement liquide.
Elle baisse autour de 100 °C pendant que l’eau devient solide.
Elle stagne autour de 100 °C pendant que liquide et gaz coexistent.

Elle stagne autour de 100 °C pendant que liquide et gaz coexistent.

Explication

Pendant l’ébullition, la température de l’eau stagne autour de 100 °C et les états liquide et gazeux coexistent. La température ne continue donc pas à augmenter pendant ce palier.

12. Lors d’un changement d’état, que révèle la présence d’un palier de température ?

Elle indique que la température du corps augmente pendant le changement d’état.
Elle indique que le corps a terminé son changement d’état avant le palier.
Elle caractérise un mélange, contrairement à un corps pur.
Elle caractérise un corps pur, contrairement à un mélange.

Elle caractérise un corps pur, contrairement à un mélange.

Explication

Le palier observé pendant un changement d’état caractérise un corps pur. Un mélange ne se distingue pas par la présence de ce palier, mais par son absence lors du changement d’état.

13. Que mesure la capacité thermique massique d’un corps ?

La température atteinte par 1 kg de ce corps après un échange de chaleur donné.
La masse de ce corps qu’un échange de chaleur peut réchauffer de 1 °C.
La chaleur échangée pour augmenter de 1 °C la température de 1 kg de ce corps.
La chaleur nécessaire pour faire fondre 1 kg de ce corps sans changer sa température.

La chaleur échangée pour augmenter de 1 °C la température de 1 kg de ce corps.

Explication

La capacité thermique massique caractérise la capacité d’un corps à échanger de la chaleur pour élever de 1 °C la température de 1 kg. La chaleur nécessaire à un changement d’état sans variation de température correspond à une autre propriété.

14. Pour calculer la chaleur échangée lors d’une variation de température, quelle relation faut-il utiliser ?

Q=m×c×(θf−θi)Q = m \times c \times (\theta_f - \theta_i)
Q=m×(θf−θi)cQ = \frac{m \times (\theta_f - \theta_i)}{c}
Q=m×c×(θi−θf)Q = m \times c \times (\theta_i - \theta_f)
Q=c×(m+θf−θi)Q = c \times (m + \theta_f - \theta_i)

$$Q = m \times c \times (\theta_f - \theta_i)$$

Explication

La chaleur échangée se calcule en multipliant la masse par la capacité thermique massique et par la variation de température finale moins initiale. Inverser les températures change le signe de cette variation et ne correspond pas à la relation donnée.

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Quel instrument mesure la température d’un corps ?

Un thermomètre.

À quelles températures l’échelle Celsius fixe-t-elle les points de solidification et d’ébullition de l’eau ?

0 °C pour la solidification et 100 °C pour l’ébullition au niveau de la mer sous pression atmosphérique normale.

À quels usages l’échelle kelvin est-elle associée ?

Aux scientifiques et au système international.

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