CORRIGES :
EXERCICE
I :
Q = mCΔθ
= mC(θf – θi) =0,3x4190(35-25) =12570J.
NB : Une calorie
(cal) correspond à 4,186 joules(J) => Q=
=3000 cal.
EXERCICE
II :
Système qui se réchauffe : V1=5
l, θ1=25°C
Système qui se refroidit : V2=7 l, θ2=60°C
Équilibre : θf
= m1c(θf -25) =5x4190(θf-25)
= m2c(θf-60) =7x4190(θf – 60)
A l’équilibre,
ó5x4190(θf-25)
+ 7x4190(θf – 60) =0
<=>5(θf-25) + 7(θf
– 60) =0 =>12 θf=545 => θf=45,4°C
EXERCICE
III :
Système qui se réchauffe : m1=200
g, θ1=18°C
Système qui se refroidit : m2=100g,
θ2=25°C
Équilibre : θf=20,3C
1. = (m1c+ K)Δθ =(mC+K)(θf
– θ1)
2.
= m2cΔθ =m2c(θf – θ2)
3.A l’équilibre,
( m1c+K)(θf – θ1)
+ m2c(θf
– θ2)=0
=> K=
- m1c =
– 0,2.4190=18,2 JC-1
EXERCICE
IV :
1. On sait que Q = mLf = 30x10-3x335=100,5 J
2. Il faut de la chaleur pour élever
la température de 25 à 100°C plus de la chaleur pour le passage de l’état
liquide à l’état vapeur.
Q=mc (θf
– θ1) +mLv =
0,3.4190(100-25) + 0,3.2,25.106=778702,5J.
3. Q=mcs(θf – θ1) +mLf +mcL
(θ2 – θf)
= 0,2x129 x(327 – 25) +0,2x26,3.
+0,2x142 (375 – 327f)=1,44.
J.
EXERCICE V :
Situation problème
1. Il est question ici de vérifier si le dispositif permettra à jean de faire
fondre 100 g d’étain pris à 20°C en 5,0 s.
Pour cela nous allons :
• Exprimer la quantité de chaleur totale Q permettant la fusion de 100g d’étain
pris à 20°C.
• Déterminer la durée t nécessaire au dispositif pour fondre 100g d'étain pris
à 20°C.
• Comparer cette durée à 5,0 s et conclure.
Expression de la quantité de chaleur totale
Q=mLf+ mC(Tf−Ti)
Détermination du temps t
Q=W=PC.t ⇒t= mLf+mC(Tf−Ti)PC
AN : t=2,72s
t=2,72s≺5s la durée de fusion de l’étain dans le dispositif est
inférieur à celle acceptable par Jean.
Ce dispositif peut satisfaire Jean
2. Il est question ici d'évaluer le coût financier en énergie électrique pour
10s de fonctionnement de ce dispositif afin de valider ou non son utilisation.
Pour cela nous allons :
• Détermination de l'énergie électrique consommée par le dispositif en 10 s,
• Estimer du coût énergétique du dispositif,
• Comparer ce coût 1Fcfa et conclure. A
Détermination de l'énergie électrique consommée par le dispositif en 10 s.
η=PCP avec P=Wt
W=t.PCη
W=25000J= 6,94×10−3kWh
Estimation du coût énergétique du dispositif.
C≺1Fcfa, le coût énergétique de ce dispositif est négligeable pour
une durée d'utilisation de 10 s
Ce dispositif est utilisable.
EXERCICE VI :
Situation problème : Vérification
de la pureté du fer
Prise de position sur la valeur en eau μ
Le problème posé est de vérifier si la valeur en eau marquée sur le calorimètre
jamais utilisé est exacte.
Pour cela, nous allons :
• Déterminer les quantités de chaleur échangées par les différentes parties du
système.
• Appliquer le principe des échanges de chaleur pour déterminer la valeur en
eau, la comparer à celle marquée sur le calorimètre et conclure.
Quantité de chaleur échangée par le calorimètre et son contenu
: Q1=(m1+μ) CeΔθ
Quantité de chaleur échangée par l’eau ajoutée : Q2=m2CeΔθ′ 0.5pt
D'après le principe des échanges de chaleur :
Q1+Q2=0 Q1+Q2=0 ⇒μ= m2Δθ′Δθ−m1
AN : μexp=18,18g ≈18,2g=μth 0,5 pt
La valeur en eau marquée sur le calorimètre jamais utilisé est correcte car la
valeur expérimentale est sensiblement égale à la valeur théorique.
2 Avis sur l'état de pureté du fer
Le problème posé est de vérifier la pureté du fer à béton afin d'orienter
l'entreprise dans sa commande.
Pour cela, nous allons :
• Déterminer les quantités de chaleur échangées par les différentes parties du
système.
• Appliquer le principe des échanges de chaleur pour déterminer la chaleur
massique du fer, la comparer à celle donnée par la littérature et conclure.
Quantité de chaleur échangée par le calorimètre et son contenu :
Q=(m+μ)CeΔθ′
Quantité de chaleur échangée par le fer : QFe=mFeCFeΔθ′′
D'après le principe des échanges de chaleur :
Q+QFe=0⇒ CFe= (m+μ)Δθ′mFeΔθ′′
AN : CFe=451,78J /Kg/K
CFe=451,78J /Kg/K ≠ 470J /Kg/K
L’entreprise ne doit pas passer la commande car le fer à béton n'est pas pur.