Énergie thermique et transfert thermique (Sciences Maths) – Cours
Résumé et Points Clés
Résumé : Énergie thermique et transfert thermique
Le transfert thermique (Q, en joules) se produit spontanément d’un corps chaud vers un corps froid lorsque leurs températures diffèrent, modifiant leur énergie interne. Il s’effectue par conduction, convection ou rayonnement.
L’énergie thermique (Q) est l’énergie échangée sous forme de chaleur. Elle peut modifier la température d’un corps ou provoquer un changement d’état physique. Elle est calculée par la relation fondamentale : Q = m.c.Δθ, où ‘m’ est la masse, ‘c’ la capacité thermique massique (J/kg.°C), et Δθ la variation de température (θf – θi). Le signe de Q indique si le corps reçoit (Q>0) ou perd (Q<0) de la chaleur.
L’équilibre thermique est atteint lorsque deux corps en contact atteignent la même température et que le transfert cesse. Ce principe est traduit par la relation calorimétrique : ΣQi = 0 (par exemple, Q1 + Q2 = 0 dans un système isolé).
Pour les mesures calorimétriques, on utilise un calorimètre, une enceinte quasi adiabatique qui limite les pertes de chaleur. La relation ΣQi = 0 permet alors de déterminer des grandeurs inconnues comme la capacité thermique du calorimètre ou la capacité thermique massique d’un corps.
Lors d’un changement d’état (fusion/vaporisation ou solidification/condensation), l’énergie thermique échangée est proportionnelle à la masse : Q = m.L. ‘L’ est la chaleur latente (en J/kg). Pour un corps pur, on a Lsolidification = – Lfusion et Lcondensation = – Lvaporisation.
Conseils pour l’examen :
- Maîtrisez la formule Q = m.c.Δθ et sachez interpréter le signe de Q et de Δθ.
- Appliquez systématiquement la relation ΣQi = 0 pour les problèmes de mélange ou d’équilibre thermique dans un calorimètre.
- Pour les exercices avec changement d’état, décomposez le phénomène en étapes (chauffage, changement d’état, refroidissement) et calculez l’énergie pour chaque étape.
- Attention aux unités (convertissez toujours les grammes en kilogrammes).