Au programme de ce chapitre
- I. Chaleur et température : deux grandeurs différentes
- II. Calculer une quantité de chaleur
- III. La calorimétrie
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition La température θ (en °C) ou T (en K) mesure l'agitation des particules d'un corps. La chaleur Q (en joules, J) est l'énergie qui passe d'un corps chaud vers un corps plus froid, jusqu'à ce que leurs températures soient égales (équilibre thermique).
Une variation de 1 °C est égale à une variation de 1 K : Δθ = ΔT.
Une variation de 1 °C est égale à une variation de 1 K : Δθ = ΔT.
Un exemple corrigé
Exemple Chauffer 2,0 kg d'huile de friteuse de 20 °C à 180 °C : Q = 2,0 × 2000 × 160 = 640 000 J = 640 kJ.
Chauffer 2,0 kg d'eau de 20 °C à 100 °C : Q = 2,0 × 4180 × 80 = 668 800 J ≈ 669 kJ. Il faut à peu près la même énergie pour chauffer l'eau de 80 °C que l'huile de 160 °C !
Chauffer 2,0 kg d'eau de 20 °C à 100 °C : Q = 2,0 × 4180 × 80 = 668 800 J ≈ 669 kJ. Il faut à peu près la même énergie pour chauffer l'eau de 80 °C que l'huile de 160 °C !
Lexique
- chaleur
- énergie transférée d'un corps chaud vers un corps plus froid, en joules
- capacité calorifique massique
- énergie nécessaire pour élever de 1 °C la température de 1 kg d'une substance
- capacité calorifique
- énergie nécessaire pour élever de 1 °C la température d'un objet entier (C = m · c)
- calorimètre
- récipient isolé où chaleur cédée = chaleur reçue
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — inverser θ<sub>final</sub> et θ<sub>initial</sub>. Si tu calcules Δθ = θinitial − θfinal, tu obtiens un Q négatif pour de l'eau qui chauffe, ce qui est absurde. Écris toujours « final moins initial ».
Piège — croire que la température d'équilibre est la moyenne. Mélanger 450 g à 60 °C et 150 g à 20 °C ne donne pas 40 °C, mais 50 °C : la plus grande masse impose davantage sa température. La moyenne n'est correcte que pour des masses égales.
Attention Ne confonds pas chaleur et température : une baignoire d'eau tiède contient beaucoup plus d'énergie thermique qu'une tasse de thé bouillant, alors que sa température est plus basse. Et ne mélange pas les unités : si c est en J/(kg·°C), la masse doit être en kg ; avec c = 4,18 J/(g·°C), elle doit être en g.
L'astuce du prof
Astuce. Dans un mélange, écris les deux différences de température avec des valeurs positives : (θchaud − θ) et (θ − θfroid). Tu évites les erreurs de signe, et tu sais que θ doit tomber entre les deux températures de départ.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — Une casserole d'eau
Quelle énergie faut-il fournir à 0,50 kg d'eau pour la faire passer de 20 °C à 60 °C ? (c = 4180 J/(kg·°C))
Voir la correction
Variation de température : Δθ = 60 − 20 = 40 °C. Alors Q = 0,50 × 4180 × 40 = 83 600 J, soit environ 84 kJ. Le résultat est positif : l'eau reçoit de l'énergie.
Exercice 2 — Une pièce d'aluminium qui refroidit
Une pièce d'aluminium de 250 g sort d'un four à 120 °C et refroidit jusqu'à 20 °C. Quelle quantité de chaleur cède-t-elle ? (c = 900 J/(kg·°C))
Voir la correction
La masse vaut 0,250 kg et la variation est Δθ = 20 − 120 = −100 °C. On obtient Q = 0,250 × 900 × (−100) = −22 500 J, soit −22,5 kJ. Le signe négatif indique que la pièce cède de la chaleur à l'air ambiant.