Fiche de révision : Transferts thermiques et calorimétrie

📋 Plan du Cours

1. Transfert thermique et équilibre
2. Énergie thermique et signe
3. Capacité thermique et chaleur massique
4. Bilan dans une enceinte adiabatique
5. Échanges avec variation de température
6. Changements d’état et chaleur latente
7. Équilibre entre eau et glace
8. Mélanges calorimétriques appliqués

📖 1. Transfert thermique et équilibre

📝 Points essentiels

• Lors d’un transfert thermique entre deux corps de températures différentes, le corps le plus chaud cède de la chaleur au plus froid et les deux corps évoluent vers l’équilibre thermique.

💡 Astuce mémo

Écart de température → transfert du chaud vers le froid → équilibre thermique

📖 2. Énergie thermique et signe

📝 Points essentiels

📌 Pour un système considéré, Q > 0 lorsqu’il reçoit de la chaleur et Q < 0 lorsqu’il en perd.

• L’énergie thermique échangée est notée Q et s’exprime en joules (J).

💡 Astuce mémo

Q > 0 : le système reçoit ; Q < 0 : le système perd

📖 3. Capacité thermique et chaleur massique

🔑 Notions clés & Définitions

• Capacité thermique : La capacité thermique est l’énergie nécessaire pour élever de 1 °C la température d’un corps donné.
• Capacité thermique massique : La capacité thermique massique est l’énergie nécessaire pour élever de 1 °C la température de 1 kg d’une matière donnée.

📝 Points essentiels

• La capacité thermique est notée K et s’exprime en J·°C⁻¹ ou en J·K⁻¹.

• La capacité thermique massique est notée c et s’exprime en J·K⁻¹·kg⁻¹.

📖 4. Bilan dans une enceinte adiabatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Enceinte adiabatique : Une enceinte adiabatique, comme un calorimètre ou un thermos, ne permet pas d’échange thermique entre son intérieur et l’extérieur.

📝 Points essentiels

📌 À pression constante, lorsque deux corps 1 et 2 échangent de la chaleur dans une enceinte adiabatique, leurs chaleurs échangées vérifient $Q_1 + Q_2 = 0$.

💡 Astuce mémo

Enceinte isolée de l’extérieur, mais échanges possibles entre les corps intérieurs

📖 5. Échanges avec variation de température

📝 Points essentiels

📐 Formule - Lorsqu’un échange thermique modifie la température d’un corps, $Q = mc\Delta\theta$.

📖 6. Changements d’état et chaleur latente

★ À maîtriser

📐 Formule - Lors d’un changement d’état sans variation de température, la chaleur échangée vérifie $Q = mL$.

Compléments

• Les capacités thermiques massiques données pour l’eau sont :

  • eau liquide : 4180 J·kg⁻¹·K⁻¹
  • glace : 2090 J·kg⁻¹·K⁻¹
  • vapeur d’eau : 1900 J·kg⁻¹·K⁻¹

• Les chaleurs latentes données sont de 335 kJ·kg⁻¹ pour la fusion de la glace et de 2257 kJ·kg⁻¹ pour la vaporisation de l’eau.

💡 Astuce mémo

Changement de température : Q = mcΔθ ; changement d’état : Q = mL

📖 7. Équilibre entre eau et glace

★ À maîtriser

📌 Dans l’exemple du mélange d’eau et de glace, s’il reste de la glace à l’équilibre, la température d’équilibre est 0 °C ; sinon, elle est supérieure à 0 °C.

• Pour déterminer l’état final d’un mélange d’eau chaude et de glace, on comptabilise le refroidissement de l’eau chaude, le réchauffement de la glace jusqu’à 0 °C, sa fusion si l’énergie disponible le permet, puis le réchauffement de l’eau issue de la fusion.

Compléments

• Pour 100 g d’eau à 100 °C mélangés à 100 g de glace à −10 °C dans un calorimètre négligé, le cours donne une température d’équilibre de 7,5 °C.

💡 Astuce mémo

Glace à −10 °C → glace à 0 °C → fusion → eau réchauffée

📖 8. Mélanges calorimétriques appliqués

★ À maîtriser

• Pour déterminer la capacité thermique du calorimètre dans un mélange, on écrit le bilan des chaleurs échangées par chaque liquide et par le calorimètre, puis on impose que leur somme soit nulle.

Compléments

• Dans l’application eau-eau, 300 g d’eau à 20 °C sont mélangés à 300 g d’eau à 30 °C et la température d’équilibre indiquée est 24,55 °C.