QCM : Transferts thermiques et calorimétrie (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Deux corps de températures différentes sont mis en contact. Comment évoluent-ils lors du transfert thermique ?

Chaque corps conserve sa température, car la chaleur ne se transfère pas entre eux.
Le corps le plus froid cède de la chaleur au plus chaud et ils tendent vers l’équilibre thermique.
Le corps le plus chaud cède de la chaleur au plus froid et leur écart de température augmente.
Le corps le plus chaud cède de la chaleur au plus froid et ils tendent vers l’équilibre thermique.

Le corps le plus chaud cède de la chaleur au plus froid et ils tendent vers l’équilibre thermique.

Explication

La chaleur passe du corps le plus chaud vers le plus froid, ce qui les conduit vers l’équilibre thermique. L’idée que le corps froid cède la chaleur inverse le sens du transfert.

2. Un objet chaud et un objet froid échangent de la chaleur jusqu’à atteindre l’équilibre thermique. Quel résultat caractérise cet état ?

Les deux objets évoluent vers une température commune après le transfert de chaleur du chaud vers le froid.
Les deux objets gardent des températures différentes après le transfert de chaleur du froid vers le chaud.
L’objet chaud se refroidit tandis que l’objet froid se réchauffe, sans que leurs températures puissent se rapprocher.
L’objet froid se refroidit tandis que l’objet chaud se réchauffe jusqu’à stabiliser leur écart de température.

Les deux objets évoluent vers une température commune après le transfert de chaleur du chaud vers le froid.

Explication

L’équilibre thermique est atteint lorsque les deux objets évoluent vers un même état thermique grâce au transfert du chaud vers le froid. Un écart de température qui se stabilise n’est pas l’équilibre thermique décrit ici.

3. Quelle notation et quelle unité utilise-t-on pour l’énergie thermique échangée ?

Elle se note T et s’exprime en joules (J).
Elle se note Q et s’exprime en joules (J).
Elle se note Q et s’exprime en watts (W).
Elle se note P et s’exprime en degrés Celsius (°C).

Elle se note Q et s’exprime en joules (J).

Explication

L’énergie thermique échangée est représentée par Q et son unité est le joule. Le watt mesure une puissance, et non cette énergie échangée.

4. Un système reçoit de la chaleur pendant un échange thermique. Quel signe attribue-t-on à Q pour ce système ?

Q est nul, car la chaleur reçue ne modifie pas le signe de Q.
Q est positif, car le système reçoit de la chaleur.
Q est négatif, car le système reçoit de la chaleur.
Q est positif, car le système perd de la chaleur.

Q est positif, car le système reçoit de la chaleur.

Explication

Par convention, Q est positif lorsque le système reçoit de la chaleur et négatif lorsqu’il en perd. Le signe négatif correspond donc à une perte, et non à une réception.

5. Que désigne la capacité thermique massique d’une matière ?

L’énergie nécessaire pour élever de 1 °C la température de 1 kg de cette matière
La température atteinte par 1 kg de cette matière après avoir reçu un joule
L’énergie nécessaire pour élever de 1 °C la température d’un corps de cette matière
La masse de matière nécessaire pour absorber un joule sans changer de température

L’énergie nécessaire pour élever de 1 °C la température de 1 kg de cette matière

Explication

La capacité thermique massique correspond à l’énergie requise pour augmenter de 1 °C la température d’un kilogramme de matière. La capacité thermique concerne un corps donné, sans rapporter l’énergie nécessaire à une masse de 1 kg.

6. Dans une enceinte adiabatique, quelle relation relie les chaleurs échangées par deux corps à pression constante ?

Q1+Q2>0Q_1 + Q_2 > 0
Q1=Q2Q_1 = Q_2
Q1+Q2=0Q_1 + Q_2 = 0
Q1−Q2=0Q_1 - Q_2 = 0

$$Q_1 + Q_2 = 0$$

Explication

L’enceinte adiabatique ne laisse pas passer de chaleur vers l’extérieur, de sorte que les échanges entre les deux corps se compensent. La relation Q1=Q2Q_1 = Q_2 ne convient pas en général, car les chaleurs échangées ont des signes opposés.

7. Quel rôle joue la variation de température dans le calcul de la chaleur échangée par un corps ?

Elle indique la température à laquelle le corps change d’état.
Elle permet de déterminer la chaleur latente à partir de la masse du corps.
Elle sert à calculer la somme des chaleurs échangées dans une enceinte adiabatique.
Elle permet de calculer la chaleur avec la masse et la capacité thermique massique du corps.

Elle permet de calculer la chaleur avec la masse et la capacité thermique massique du corps.

Explication

Lorsque la température d’un corps varie, la chaleur échangée se calcule à l’aide de sa masse, de sa capacité thermique massique et de cette variation. La chaleur latente intervient plutôt lors d’un changement d’état sans variation de température.

8. Lors d’un changement d’état sans variation de température, quelle grandeur relie la chaleur échangée à la masse du corps ?

La capacité thermique massique, selon Q=mcΔθQ=mc\Delta\theta
La chaleur latente massique, selon Q=mLQ=mL
La capacité thermique du corps, selon Q=KΔθQ=K\Delta\theta
La température d’équilibre, selon Q=mΔθQ=m\Delta\theta

La chaleur latente massique, selon $$Q=mL$$

Explication

La chaleur latente massique LL caractérise l’énergie échangée par unité de masse lors d’un changement d’état, sans variation de température. La relation avec mcΔθmc\Delta\theta s’applique plutôt à une variation de température sans changement d’état.

9. Dans un mélange d’eau chaude et de glace, comment l’état de la glace restante distingue-t-il les deux situations possibles à l’équilibre ?

La présence de glace ne renseigne pas sur la température, qui dépend seulement de la température initiale de l’eau.
Si de la glace subsiste, l’équilibre est inférieur à 0 °C ; si toute la glace a fondu, la température est à 0 °C.
Si de la glace subsiste, l’équilibre est supérieur à 0 °C ; si toute la glace a fondu, la température est inférieure à 0 °C.
Si de la glace subsiste, l’équilibre est à 0 °C ; si toute la glace a fondu, la température est supérieure à 0 °C.

Si de la glace subsiste, l’équilibre est à 0 °C ; si toute la glace a fondu, la température est supérieure à 0 °C.

Explication

La coexistence d’eau liquide et de glace à l’équilibre fixe la température à 0 °C ; lorsque toute la glace a fondu, l’eau peut ensuite se réchauffer au-dessus de cette valeur. L’idée que de la glace subsiste à une température inférieure à 0 °C ne tient pas compte de l’équilibre avec l’eau liquide.

10. Pourquoi la température d’équilibre observée dans le mélange de deux eaux peut-elle être inférieure à la moyenne de leurs températures initiales ?

L’eau initialement plus froide libère de la chaleur vers l’eau chaude, ce qui abaisse la température finale.
Le calorimètre absorbe une partie de la chaleur échangée, ce qui abaisse la température finale du mélange.
Les deux masses d’eau ont des chaleurs massiques différentes, ce qui déplace leur température finale vers le froid.
La chaleur échangée avec l’extérieur refroidit le mélange pendant qu’il atteint l’équilibre.

Le calorimètre absorbe une partie de la chaleur échangée, ce qui abaisse la température finale du mélange.

Explication

Dans l’application, la capacité thermique du calorimètre contribue au bilan des chaleurs échangées et modifie la température d’équilibre par rapport au mélange idéal sans calorimètre. L’hypothèse d’un échange thermique avec l’extérieur ne convient pas au bilan utilisé pour ce mélange.

11. Pour prévoir le sens du transfert thermique entre deux objets mis en contact, quelle règle faut-il appliquer ?

La chaleur passe de l’objet ayant la plus grande masse vers l’autre.
La chaleur passe de l’objet le plus chaud vers l’objet le plus froid.
La chaleur passe de l’objet le plus froid vers l’objet le plus chaud.
La chaleur passe de l’objet ayant la plus petite masse vers l’autre.

La chaleur passe de l’objet le plus chaud vers l’objet le plus froid.

Explication

Un écart de température entraîne un transfert de chaleur du corps le plus chaud vers le plus froid, jusqu’à l’équilibre thermique. La masse ne détermine pas à elle seule le sens du transfert.

Révisez avec les flashcards

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Dans quel sens la chaleur est-elle transférée entre deux corps de températures différentes ?

Du corps le plus chaud vers le corps le plus froid.

Vers quel état évoluent deux corps échangeant de la chaleur ?

Vers l’équilibre thermique.

Quel symbole désigne l’énergie thermique échangée ?

QQ

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