Tiêu đề ++P6 SM Exercices Energie thermique_2IN1.pdf ✅

https://saborpcmath.com/ onnés pour tous les exercices  Les capacités thermiques massiques sont : cCu = 385 J.K -1 .kg -1 ; cPb = 129,5 J.K -1 .kg -1 ; cFe = 452 J.K -1 .kg -1 ; cSn(s) = 228 J.K -1 .kg -1 ; cSn(l) = 318 J.K -1 .kg -1 ; cglace = 2100 J.K -1 .kg -1 ; ceau = 4,190 kJ.K -1 .kg -1 ; cair = 1,005 kJ.K -1 .kg -1 ; cHe = 3,1156 kJ.K -1 .kg -1 .  Les chaleurs latentes sont : Lfus (Fe) = 270 KJ.kg -1 ; Lfus (Glace) = 335 KJ.kg -1  Les températures de fusion sont: θfus (Fer) = 1538 °C ; θfus (Etain) = 231,9 °C ; θfus (Glace) = 0 °C  Masse molaire de l’air : M = 29 g.mol -1 .  Masse volumique de l’eau est : eau = 1 g.cm -3 . xercice 1 :  Une chambre à coucher contient 3000 moles d’air. En utilisant le premier principe de la thermodynamique, déterminer la variation de l’énergie interne de l’air de la chambre, lorsque cette dernière est refroidie de 37 °C à 18 °C.  Un bloc de fer de masse m1 = 50 kg initialement à la température 1 = 80°C est plongé dans un réservoir calorifugé de 0,5 m 3 d’eau initialement à la température 2 = 25°C. Déterminer la température finale θf d’équilibre.  Calculer l’énergie thermique minimale qu’il faut fournir pour fondre complètement un bloc de fer de masse m = 300 g pris à la température initiale de 25 °C.  xercice 2 : Un calorimètre contient une masse m1 = 250g d'eau. La température initiale de l'ensemble est 1 =18°C. On ajoute une masse m2 = 300g d'eau à la température 2 = 80°C.  Exprimer la quantité de chaleur Q1 reçue par l’eau froide.  Exprimer la quantité de chaleur Q2 perdue par l’eau chaude.  Quelle serait la température d'équilibre thermique éq de l'ensemble si la capacité thermique du calorimètre et de ses accessoires était négligeable ?  Nous mesurons expérimentalement, à l’aide d’un thermomètre, la température d'équilibre thermique, et nous trouvons la valeur 'éq = 50°C. Déterminer la capacité thermique c du calorimètre.  xercice 3 : Un calorimètre de capacité thermique c = 150 J.K -1 contient une masse m1 = 100 g d'eau. La température initiale de l'ensemble est 1 = 10°C. On ajoute une masse m2 = 50 g d’éthanol à la température 2 = 40C. La température du mélange lorsque l’équilibre thermique est atteint prend la valeur f = 15,33C.  Quelle mode de transfert thermique montre l’expérience ? déterminer le sens de ce transfert thermique.  Exprimer la quantité de chaleur Q1 reçue par le système {Calorimètre + eau}.  Exprimer la quantité de chaleur Q2 perdue par l’éthanol. Série Energie thermique – Transfert thermique E E D E
https://saborpcmath.com/  En négligeant les pertes thermiques, donner la relation entre Q1 et Q2.  Déduire la capacité thermique massique céthanol de l’éthanol. xercice 4 :  Un calorimètre en équilibre thermique contient une masse m1 = 300g d’eau à la température 1 = 15C. On ajoute une masse m2 = 200g d’eau à la température 2 = 50C. La température finale du mélange lorsque l’équilibre thermique est atteint est f = 28,1C.  En négligeant les diverses pertes thermiques, calculer la capacité thermique c du calorimètre.  Dans le même calorimètre, on dispose rapidement un bloc d’aluminium de masse m2 = 300g porté à la température 2 = 80C. La température finale de l’ensemble prend la valeur 'f = 33,7C.  Calculer la capacité thermique massique cAl d’aluminium. xercice 5 : Un calorimètre de capacité thermique c = 100 J.K -1 contient une masse d’eau m = 300 g à la température θc = 25 C en équilibre thermique avec le vase intérieur. On introduit alors les masses : m1 = 50 g de cuivre à θ1 = 70C, m2 = 30 g de plomb à θ2 = 80C et m3 = 100 g de fer à θ3 = 90C.  Exprimer la quantité de chaleur Qc reçue par le système {Calorimètre + eau}.  Exprimer les quantités de chaleur Q1, Q2, et Q3 respectivement perdues par le cuivre, le plomb, et le fer.  En négligeant les pertes thermiques, donner la relation entre Qc, Q1, Q2, et Q3.  Calculer la température θf d’équilibre thermique. Donner le résultat en Kelvin, puis en degrés Celsius.  Nous mesurons expérimentalement, à l’aide d’un thermomètre, la température d'équilibre thermique, et nous trouvons la valeur 'f = 26,5°C. Expliquer le résultat trouvé. xercice 6 : L’étain (Sn) est un métal employé pour la soudure des métaux. On souhaite déterminer l’énergie massique de fusion de l’étain. Dans un calorimètre de capacité thermique c = 140 J.K -1 contenant une masse m1 = 150 g d’eau à la température θ1 = 20C, on verse une masse m2 = 36 g d’étain fondu à la température θ2 = 250°C. L’étain solidifie rapidement. On mélange jusqu’à l’équilibre thermique, qui est atteint pour une température θf = 25,2 °C.  Exprimer la quantité de chaleur Q1 reçue par le système {Calorimètre + eau} au cours de ce transfert thermique.  Exprimer la quantité de chaleur Q2 perdue par l’étain au cours de ce transfert thermique.  En négligeant les pertes thermiques, exprimer la relation d’équilibre thermique en fonction des données de l’exercice.  Calculer la chaleur latente Lsol de solidification de l’étain.  Déduire sa chaleur latente Lfus de fusion. xercice 7 : Un calorimètre de capacité thermique c = 150 J.K -1 contient une masse m1 = 200 g d'eau à la température initiale 1 = 70°C. On y place un glaçon de masse m2 = 80 g sortant du congélateur à la température 2 = -23°C.  Exprimer la quantité de chaleur Q1 perdue par le système {Calorimètre + eau} au cours de ce transfert thermique.  Exprimer la quantité de chaleur Q2 reçue par le glaçon au cours de ce transfert thermique. E E E E https://saborpcmath.com/  En négligeant les pertes thermiques, exprimer la relation d’équilibre thermique en fonction des données de l’exercice.  Trouver la valeur éq de la température du mélange à l’équilibre thermique.  Le glaçon a-t-il complètement fondu ? justifier votre réponse. xercice 8 : On désire obtenir un bain d’eau tiède d’un volume V = 100 litres à la température θ = 30C. On dispose pour cela de deux sources, l’une d’eau froide à la température θ1 = 10C, l’autre d’eau chaude à la température θ2 = 60C. On néglige la capacité thermique du réservoir et les diverses pertes thermiques.  Quel volume doit-on prélever à chacune des deux sources ? Remarque : On suppose que la masse volumique de l’eau est indépendante de la température . xercice 9 : Un réservoir rigide et adiabatique (calorifugé) contient m = 1 kg d’hélium à la température θ1 = 300 K et à la pression P1 = 200 kPa. L’hélium est brassé à l’aide d’un agitateur de puissance utile Pu = 15 W. On le fait fonctionner pendant Δt = 30 min.  Déterminer la température finale θ2 et la pression finale P2 de l’hélium. E E
Série d’exercices https://saborpcmath.com/ https://saborpcmath.com/ __ Energie thermique - Echange thermique __ Exercice 1 : On admet que dans un calorimètre, seul le vase intérieur (masse m1 = 300g, capacité thermique massique C1=0,38.kJ.kg -1K -1 ) et l’agitateur (masse m2 = 50 g, capacité thermique massique C2=0,90.kJ.kg -1K -1 ) sont susceptibles de participer aux échanges thermiques avec le contenu de l’appareil. 1) Calculer la capacité thermique μ du calorimètre. 2) Ce dernier contient 400 g d’éthanol à la température t1 = 17,5°C ; on y verse 200 g d’eau à la température t2 = 24,7°C et on note la température lorsque l’équilibre thermique est réalisé, soit te=20,6°C. En déduire la valeur de la capacité thermique massique C de l’éthanol. Donnée : Capacité thermique massique ce de l’eau : 4,19 kJ.kg -1K -1 . Exercice 2 : Dans un calorimètre en cuivre de masse mc = 100 g et qui contient une masse d’eau me = 200 g à te=4°C, on introduit une masse m1 = 300 g de cuivre à t1 = - 20°C. 1) On agite pour atteindre l'équilibre thermique : calculer la température finale tf. 2) Montrer que si le cuivre introduit est à la température t2 = - 50°C, une partie de l’eau congèle. Calculer la masse de glace formée mg. Données : - Chaleurs massiques de cuivre : 395 J.kg -1 .K -1 - Chaleur latente de fusion de la glace : 330 kJ/kg Exercice 3 : Un calorimètre de capacité thermique μ = 180 J.K -1 contient un mélange en équilibre de 100 g d’eau et de 5 g de glace broyée. Un bloc de plomb de masse m=220 g, préalablement porté à la température t=97,0°C, est introduit rapidement dans le vase calorimétrique. On attend l’équilibre thermique et on note la température : te = 1,7°C. 1) Calculer la valeur de la capacité thermique massique du plomb. 2) Quelle énergie thermique minimale faut-il fournir pour fondre un lingot de plomb de masse 20 kg pris à la température initiale de 20°C ? - Capacité thermique massique de l’eau : Ce = 4,19 kJ.kg -1K -1 - Chaleur latente de fusion de la glace à 0°C : Lf = 334 kJ.kg -1 - Température de fusion du plomb : tf (Pb) = 327°C ; - Chaleur latente de fusion du plomb à 327°C : Lf (Pb) = 22,6 kJ.kg -1 Série d’exercices https://saborpcmath.com/ https://saborpcmath.com/ __ Energie thermique - Echange thermique __ Exercice 4 : Dans un calorimètre de capacité calorifique Ccal = 125 J/K et contenant une masse m1 = 200 g d’eau à t1=30°C , on introduit une masse mg de glaçons à tg = 0°C . La température finale vaut tf = 5°C. Calculer mg . Exercice 5 : Un calorimètre renferme 200 g d’eau à la température t1 =14,5°C. On y introduit un cylindre d’aluminium de masse M = 80 g préalablement porté dans une étuve à la température t2 = 86,8°C. La température d’équilibre se fixe à te = 20,0°C. On recommence l’expérience en plaçant, cette fois, 150 g d’eau dans le calorimètre à la température t’1=15,8°C; le même cylindre d’aluminium, désormais, porté à la température t’2= 95,5°C est réintroduit dans le calorimètre ; le nouvel équilibre est caractérisé par la température t’3=22,1°C. En déduire : 1) La capacité thermique massique C de l’aluminium; 2) La capacité thermique μ du calorimètre. 3) Quelle quantité de chaleur minimale faut-il mettre en œuvre pour fondre une tonne d’aluminium prise à la température initiale de 15°C ? On donne : - Capacité thermique massique de l’eau : Ce = 4,19 kJ.kg -1K -1 - Température de fusion de l’aluminium tf (Al) = 660°C. - Chaleur latente de fusion de l’aluminium à 660°C : Lf (Al) = 330 kJ.kg -1 Exercice 6 : Pour déterminer la capacité thermique massique d’un alcool organique, on le chauffe légèrement, puis on en introduit une masse connue dans un calorimètre : m1= 220g. Après quelques instants, on note la température : t1 = 28,2°C. On ajoute alors une masse m2 = 200 g du même alcool, mais à la température t2=16,4°C, puis, à l’aide d’une résistance électrique préalablement installée, on chauffe le liquide calorimétrique jusqu’à ce que la température redevienne égale à la température initiale t1. La quantité de chaleur apportée par la résistance a pour valeur Q = 5,43 kJ. 1) En déduire la capacité thermique massique C de l’alcool étudié. 2) Lorsque la température atteint 28,2°C, on ajoute 120 g d’eau à la température t3 = 15,0°C. On note la température te = 24,4°C à l’équilibre thermique. Déduire de cette expérience : a) La valeur de la capacité thermique μ du calorimètre ; b) La température d’équilibre t obtenue juste après le mélange des 220 g d’alcool à t1 = 28,2°C et des 200 g du même alcool à t2 = 16,4°C. On donne : Capacité thermique massique de l’eau : Ce = 4,19 kJ.kg -1K -1
Série d’exercices https://saborpcmath.com/ https://saborpcmath.com/ __ Energie thermique - Echange thermique __ Exercice 7 : Un calorimètre, de capacité thermique μ = 120 J.K -1 , contient 250g d’eau et 40 g de glace en équilibre thermique. 1) Quelle est sa température ? 2) On chauffe lentement l’ensemble avec une résistance électrique. La température de l’eau du calorimètre atteint 28,8°C lorsque la quantité de chaleur dissipée par la résistance est égale à 51530 J. Déduire de cette expérience la valeur de la chaleur latente de fusion de la glace Lf. On donne : Capacité thermique massique de l’eau : Ce = 4,19 kJ.kg -1K -1 Exercice 8 : Un calorimètre contient une masse m1=250g d'eau. La température initiale de l'ensemble est t1=18°C. On ajoute une masse m2=300g d'eau à la température t2=80°C. 1) Quelle serait la température d'équilibre thermique te de l'ensemble si la capacité thermique du calorimètre μ et de ses accessoires était négligeable ? 2) On mesure en fait une température d'équilibre thermique te=50°C. Déterminer la capacité thermique μ du calorimètre et de ses accessoires. Données : Chaleur massique de l'eau : Ce = 4,19 kJ.kg -1K -1 Masse volumique de l'eau : ρeau =1000 kg.m -3 . Exercice 9 : On désire obtenir un bain d'eau tiède à la température te=37°C, d'un volume total V=250 litres, en mélangeant un volume V1 d'eau chaude à la température initiale t1=70°C et un volume V2 d'eau froide à la température initiale t2=15°C. Déterminer V1 et V2 en supposant négligeables toutes les fuites thermiques lors du mélange. Données : Chaleur massique de l'eau : Ce=4185 J.kg -1 .K -1 Masse volumique de l'eau : ρeau =1000 kg.m -3 . Exercice 10 : On veut refroidir un verre de jus de fruit pris à 30 °C. La capacité calorifique du verre et du jus est de μ=550 J.K -1 . On introduit alors une certaine masse m de glace à 0°C. On veut que la température finale de l'ensemble soit de te = 10°C. On admet qu'il n'y a échange de chaleur qu'entre la glace et le verre de jus de fruit. Calculer la masse de glace nécessaire. Série d’exercices https://saborpcmath.com/ https://saborpcmath.com/ __ Energie thermique - Echange thermique __ Exercice 11 : Un morceau de fer de masse m1=500g est sorti d'un congélateur à la température t1=-30°C. Il est plongé dans un calorimètre, de capacité thermique négligeable, contenant une masse m2=200g d'eau à la température initiale t2=4°C Déterminer l'état final d'équilibre du système (température finale, masse des différents corps présents dans le calorimètre). Données: - Chaleur massique de l'eau : Ce = 4185 J.kg -1 .K -1 - Chaleur massique de la glace: Cg = 2090 J.kg -1 .K -1 - Chaleur massique du fer: CFe = 460 J.kg -1 .K -1 - Chaleur latente de fusion de la glace: Lf =3,34.10 5 J.kg -1 Exercice 12 : Un calorimètre contient 100 g d’eau à 18°C. On y verse 80 g d’eau à 60°C. 1) Quelle serait la température d'équilibre si la capacité thermique du calorimètre et de ces accessoires était négligeable ? 2) La température d’équilibre est en fait 35,9°C. En déduire la capacité thermique du calorimètre et de ses accessoires. 3) On considère de nouveau le calorimètre qui contient 100 g d’eau à 18°C. On y plonge un morceau de cuivre de masse 20 g initialement placé dans de l’eau en ébullition. La température d'équilibre s’établit à 19,4°C. Calculer la capacité thermique massique du cuivre. 4) On considère encore le même calorimètre contenant 100 g d’eau à 18°C. On y plonge maintenant un morceau d’aluminium de masse 30,2 g à la température de 100°C et de capacité thermique massique 920 J.kg -1K -1 . Déterminer la température d'équilibre. 5) L’état initial restant le même : le calorimètre contenant 100 g d’eau à 18°C, on y introduit un glaçon de masse 25 g à 0°C. Calculer la température d'équilibre. 6) L’état initial est encore : le calorimètre contenant 100 g d’eau à 18°C, on y introduit un glaçon de masse 25g provenant d’un congélateur à la température de -18°C. Quelle est la température d’équilibre ? Données : - Capacité thermique massique de l’eau : Ce = 4,19 kJ.kg -1K -1 . - Capacité thermique massique de la glace : Cg = 2,10.103 J.kg -1 .K -1 - Chaleur latente de fusion de la glace à 0°C : Lf = 3,34.105 J.kg -1
Série d’exercices https://saborpcmath.com/ https://saborpcmath.com/ __ Energie thermique - Echange thermique __ Exercice 13 : Un calorimètre contient de l’eau à la température t1 = 18,3°C ; sa capacité thermique totale a pour valeur μ=1350 J.K -1 . On y introduit un bloc de glace, de masse m = 42 g, prélevé dans le compartiment surgélation d’un réfrigérateur à la température t2 = -25,5°C. Il y a fusion complète de la glace et la température d’équilibre est t = 5,6°C. On recommence l’expérience (même calorimètre, même quantité d’eau initiale, même température), mais on introduit cette fois un glaçon de masse m’=35 g, à la température de 0°C. La nouvelle température est t’=8,8°C. Déduire des deux expériences précédentes : 1) La chaleur latente de fusion Lf de la glace ; 2) La capacité thermique massique Cs de la glace. 3) On introduit un nouveau glaçon, de masse 43 g, à la température -25,5°C, dans l’eau du calorimètre à la température t’ issue de la dernière expérience. a) Quelle est la température atteinte à l’équilibre thermique ? b) Reste-t-il de la glace ? Si oui, quelle est sa masse ? Donnée : Capacité thermique massique de l’eau : Ce = 4,19 kJ.kg -1 .K -1 Exercice 14 : On place 200 mL de solution d’acide chlorhydrique de concentration 0,4 mol/L dans un vase de Dewar de capacité thermique μ = 150 J.K -1 . Une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium, de concentration 1 mol/L, est versée progressivement dans la solution chlorhydrique, tandis qu’on relève, après chaque addition, la température dans le calorimètre. Initialement, les solutions d’acide chlorhydrique et d’hydroxyde de sodium sont à la même température t1 = 16,1°C. La température du calorimètre s’élève régulièrement jusqu’à t2 = 19,5°C, puis décroît lentement. 1) Ecrire l’équation bilan de la réaction qui se produit dans le calorimètre et interpréter qualitativement les phénomènes physiques observés. Pour quel volume V de solution d’hydroxyde de sodium versé observe-t- on la température maximale t2 ? 2) En déduire la chaleur de la réaction entre une mole d’ions H3O + et une mole d’ions OH - . 3) Quelle est la température t3 lorsque l’on a versé 150 mL de solution d’hydroxyde de sodium ? Données : - Les capacités thermiques massiques des solutions d’acide chlorhydrique et d’hydroxyde de sodium sont égales : C = 4,2 kJ.kg -1K -1 - Les masses volumiques de ces solutions sont égales : ρ = 103 kg/m 3 Prof : M'bark HANDA 1 Bac SMF Lycée qualifiant Moulay Abdellah - Sidi Ifni Exercice 1 : Un calorimètre contient une masse m1  300g d'eau froide. La température initiale de l'ensemble est 1  20C . On ajoute une masse m2  400g d'eau chaude de température  2  61C . A l’équilibre la température du mélange est   42C . 1- Quelle la valeur de la quantité de chaleur Q1 gagnée par l’eau froide ? 2- Quelle la valeur de la quantité de chaleur Q2 perdue par l’eau chaude ? 3- Calculer la quantité de chaleur Q3 gagnée par le calorimètre. 4- Calculer la capacité thermique  du calorimètre. Donnée : + Chaleur massique de l’eau : 1 1 4180 . .   Ce  J Kg K Solution : 1- La quantité de chaleur Q1 gagnée par l’eau froide est:   1 1 1 Q  m .Ce   A.N: Q 0,3 4180 42 20 Q 27588J 1      1  2- La quantité de chaleur Q2 perdue par l’eau chaude est:   2 2 2 Q  m .Ce   A.N: Q 0,4 4180 42 61 Q 31768J 2      2   3- La quantité de chaleur Q3 gagnée par le calorimètre : Le calorimètre est adiabatique : 0 27588 ( 31768) Q1  Q2  Q3   Q3  Q1 Q2  Q3     Q 4180J  3  4- La capacité thermique  du calorimètre: La quantité de chaleur Q3 gagnée par le calorimètre est   1 3 3 1            Q Q A.N: 1 190 . 42 20 4180        J K Exercice 2 : On introduit dans un calorimètre, de capacité thermique  et de température   21 , une quantité d’eau de masse m  200g de température '  45 . La température à l’équilibre se fixe à  f  40C. 1- Donner l’expression de la quantité de chaleur Q1 gagnée par le calorimètre. 2- Donner l’expression de la quantité de chaleur Q2 perdue par l’eau puis calculer sa valeur. 3- Montrer que la capacité thermique du calorimètre est 1 220 .    J K . 4- On introduit dans le calorimètre, à la température  f  40C , un morceau d’aluminium de masse m'  500g , La température du système S=calorimètre + eau + aluminium à l’équilibre se fixe à f  50C '  .Déterminer la température  0 du morceau d’aluminium au moment de son introduction. 5- Nous voulons retourner la température S de '  f à  f , pour cela on introduit au système S une masse M de glace de température 0C . Déterminer la valeur de M. Données : + Chaleur massique de l’eau : 1 1 4,18 . .   Ce  KJ Kg K + Chaleur massique de l’aluminium : 2 1 1 9,10.10 . .   CAl  J Kg K + Chaleur latente de fusion de la glace : 5 1 3,35.10 .  Lf  J Kg Solution : 1- Expression de Q1:     Q1 f 2- Expression de Q2: . . ' Q2  mCe  f  A.N: Q 0,2 4,18 10 40 45 Q 4180J 2 3 2         3- Le calorimètre est adiabatique :           Q1 Q2 0 f Q2 0 Q2 f 2 1 220 . 40 21 (4180)            J K Q f      Lycée qualifiant Energie thermique: transfert thermique 1bac – SM / 2021-2022 Moulay Abdellah - SIDI IFNI Prof : M.HANDA