Énergie thermique et transfert thermique (Sciences Maths) – Exercices

Résumé et Points Clés

Résumé de la série d’exercices sur l’énergie thermique et les transferts thermiques

Cette série d’exercices pour la 1ère année du Baccalauréat (option Sciences Maths) porte sur les concepts fondamentaux de calorimétrie et de transfert thermique. Les exercices visent à appliquer le principe de conservation de l’énergie (principe de l’échange thermique) dans des systèmes isolés, typiquement un calorimètre.

Concepts et définitions clés :

• Capacité thermique (μ ou C_cal) : Quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°C (ou 1 K) la température du calorimètre et de ses accessoires. Elle est souvent à déterminer.
• Capacité thermique massique (c) : Quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°C la température d’un kilogramme d’une substance. C’est une propriété caractéristique du matériau (ex: eau = 4,19 kJ.kg⁻¹.K⁻¹).
• Chaleur latente de fusion (L_f) : Énergie nécessaire pour changer l’état d’un kilogramme de substance solide en liquide, à température constante (ex: glace à 0°C).
• Équilibre thermique : État final où tous les corps en contact atteignent la même température. La chaleur cédée par les corps chauds est égale à la chaleur reçue par les corps froids (y compris le calorimètre).

Méthodologie et conseils pour les examens :

• Identifier soigneusement tous les éléments qui participent à l’échange : le calorimètre (avec sa capacité μ), les liquides, les solides, et la glace éventuelle (qui nécessite de l’énergie pour fondre avant de se réchauffer).
• Écrire l’équation fondamentale : Σ Q_cédée + Σ Q_reçue = 0, en tenant compte des changements de phase si nécessaire.
• Vérifier les unités (conversion des grammes en kg, des kJ en J) pour assurer l’homogénéité des calculs.
• Dans les problèmes avec de la glace, vérifier systématiquement si l’énergie disponible est suffisante pour la fonte totale ou seulement partielle.
• Les exercices proposés permettent de calculer des grandeurs inconnues (capacité thermique massique d’un liquide, capacité du calorimètre, masse de glace formée ou fondue, température finale) en manipulant cette équation.