Au programme de ce chapitre
- I. Température et chaleur : deux notions différentes
- II. Calculer une quantité de chaleur
- III. Pièges et entraînement
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition La température mesure le degré d'agitation des particules d'un corps : plus elles s'agitent, plus la température est élevée. Elle se mesure en degrés Celsius (°C) ou en kelvins (K) : T (K) = θ (°C) + 273,15. Le zéro absolu (0 K, soit − 273,15 °C) est la température la plus basse possible.
La chaleur Q est l'énergie transférée d'un corps chaud vers un corps plus froid à cause de leur différence de température. Elle s'exprime en joules.
La chaleur Q est l'énergie transférée d'un corps chaud vers un corps plus froid à cause de leur différence de température. Elle s'exprime en joules.
Un exemple corrigé
Exemple Une cuillère en métal plongée dans une soupe chaude devient vite brulante au bout : la chaleur avance par conduction le long du métal. Une cuillère en bois, mauvais conducteur thermique (isolant), reste froide plus longtemps. Si on laisse refroidir la soupe, elle cède de la chaleur à l'air de la cuisine jusqu'à atteindre la température de la pièce.
Lexique
- température
- mesure de l'agitation des particules, en °C ou en K
- chaleur
- énergie transférée à cause d'une différence de température
- chaleur massique
- énergie pour élever de 1 °C la température de 1 kg d'un matériau
- équilibre thermique
- état où deux corps en contact ont la même température
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — ajouter 273 à un écart de température. Pour ΔT, tu ne convertis rien : 20 °C → 80 °C donne ΔT = 60 °C = 60 K. Écrire ΔT = 333 K est une erreur classique qui multiplie l'énergie par plus de cinq.
Piège — un litre n'a pas toujours une masse d'un kilogramme. L'égalité 1 L = 1 kg est vraie pour l'eau seulement. L'huile est moins dense : 1 L d'huile pèse environ 0,92 kg. Pour un autre liquide, utilise la masse indiquée ou la masse volumique.
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 l'eau a une très grande chaleur massique : elle se réchauffe et se refroidit lentement, ce qui explique le climat doux et humide de la côte belge.
L'astuce du prof
Astuce — le repère de l'eau. Chauffer 1 kg d'eau de 1 °C demande environ 4,2 kJ. Chauffer 1 L d'eau de 20 °C à 100 °C demande donc à peu près 80 × 4,2 ≈ 340 kJ : ce repère te permet de repérer un résultat aberrant.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — Du Celsius aux kelvins
a) La température normale du corps humain est de 37,0 °C : exprime-la en kelvins. b) Un laboratoire indique 285,15 K pour l'eau d'un étang : donne-la en degrés Celsius. c) L'eau chauffe de 20 °C à 80 °C : de combien de kelvins sa température varie-t-elle ?
Voir la correction
a) T = 37,0 + 273,15 = 310,15 K. b) θ = 285,15 − 273,15 = 12 °C. c) L'écart est le même dans les deux unités : ΔT = 80 − 20 = 60 °C = 60 K, sans aucun 273.
Exercice 2 — Chauffer de l'huile
Pour une friture, tu chauffes 2,0 kg d'huile de cuisine (c ≈ 2 000 J/(kg·°C)) de 20 °C à 120 °C. Quelle énergie faut-il lui fournir ?
Voir la correction
ΔT = 120 − 20 = 100 °C. Alors Q = m × c × ΔT = 2,0 × 2 000 × 100 = 400 000 J, soit 400 kJ.