Mélanger de l’eau chaude et de l’eau froide : quelle température finale ?
www.ndolomath.comFiche de révision de Physique : « Calorimétrie et échanges de chaleur », proposée par ndolomath.comndolomath
Calorimétrie et échanges de chaleur
💡 Idée principale : dans un calorimètre isolé, la chaleur cédée par les corps chauds est égale à la chaleur reçue par les corps froids. On en déduit températures et capacités thermiques.
Étapes résumées
Chaleur échangée sans changement d’état : .
Dans un système isolé : .
Changement d’état : .
Le calorimètre a sa propre capacité thermique .
La quantité de chaleur
Formule
Qchaleur en Jmmasse en kgccapacité thermique massique en J/(kg·°C)
Pour l’eau : .
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1. Le calorimètre
Récipient isolé : pas d’échange avec l’extérieur.
Un thermomètre suit la température.
Un agitateur homogénéise le mélange.
2. Comprendre : la capacité à stocker la chaleur
Il faut beaucoup d’énergie pour chauffer de l’eau : 4 180 J pour élever 1 kg d’un seul degré. Le fer en demande neuf fois moins. C’est pourquoi une marmite en métal chauffe vite alors que l’eau qu’elle contient met du temps. La capacité thermique massique caractérise cette propriété de chaque matériau.
Le principe des échanges
Formule
Exemple guidé
On mélange 200 g d’eau à 80 °C et 300 g d’eau à 20 °C (calorimètre négligé). Calcule la température d’équilibre.
Solution : . , donc .
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3. Chaleur latente
Pendant un changement d’état, la température reste constante : . Pour la fusion de la glace, .
Application : le bain du bébé
Exercice type
Pour le bain, on mélange 4 kg d’eau à 80 °C avec de l’eau à 25 °C. Quelle masse d’eau froide faut-il pour obtenir 37 °C ? (pertes négligées)
Solution : Chaleur cédée par l’eau chaude : . Chaleur reçue par l’eau froide : . Égalité : .
4. Capacités thermiques massiques
Corps
c (J·kg⁻¹·°C⁻¹)
Eau
4 180
Huile
2 000
Aluminium
900
Fer
460
Cuivre
390
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À toi de jouer
1. Chaleur pour chauffer 1 kg d’eau de 10 °C (c = 4185) ?
2. Que vaut la somme des chaleurs échangées dans un calorimètre ?
3. Faut-il de la chaleur pour faire fondre la glace ?
Réponses : 41 850 J · 0 · oui, Q = m Lf. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
Erreurs fréquentes
La masse est en kg dans .
Le signe de Q indique si la chaleur est reçue (+) ou cédée (−).
N’oublie pas la capacité du calorimètre si elle est donnée.
Méthode
Liste chaque corps, écris son Q avec la même température finale inconnue, puis résous .
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