Exercices sur l’équilibre thermique Température d’équilibre d’un mélange de liquides

, par  Bernard Vuilleumier , popularité : 3%

Le principe fondamental de la calorimétrie postule que la quantité de chaleur se conserve lors d’un échange thermique entre deux corps. En égalant la quantité de chaleur cédée par le corps qui se refroidit à celle gagnée par celui qui se réchauffe, on parvient à trouver la température d’équilibre.



Exercice 1
Vous mélangez 4 litres d’eau à 90 °C avec 3 litres d’eau à 50 °C, puis vous ajoutez encore 3 litres d’eau à 20 °C au premier mélange. Quelle est la température d’équilibre et la capacité thermique du mélange final ? Chaleur massique de l’eau : 1 cal par g et par °C. Masse volumique de l’eau : 1 kg/dm3.

- Rép. 57 °C, 10 000 cal/°C.



Exercice 2
Un verre a une masse de 80 g. Il contient une cuillère en argent de 40 g. Le tout est à la température de 20 °C. On verse dans le verre 150 g de thé à 90 °C. Quelle est la température d’équilibre du système ? Chaleur massique du verre : 840 J par kg et par K, chaleur massique de l’argent : 230 J par kg et par K.

- Rép. 82.4 °C.



Exercice 3
Une bouteille thermos contient 120 g d’eau à 21 °C. Si on y verse 50 g d’eau à 36 °C, l’équilibre s’établit à 25 °C. Déterminez la valeur en eau et la capacité thermique du récipient.

- Rép. 17.5 g, 73.15 J/°C.



Exercice 4
Une casserole d’aluminium a une masse de 1.5 kg et contient 2 litres d’eau à 60 °C. Quelle quantité d’eau à 10 °C faut-il ajouter dans la casserole pour qu’elle contienne de l’eau à 50 °C ? Chaleur massique de l’aluminium : 900 J par kg et par K.

- Rép. 0.581 kg.



Exercice 5
Un calorimètre contient 150 g d’huile de chaleur spécifique 0.38 cal par g et par °C à la température initiale de 23°C. Vous versez dans ce calorimètre 200 g de cuivre de chaleur spécifique 0.09 cal par g et par °C à la température de 90°C. Calculez la température finale du mélange, sachant que la valeur en eau du calorimètre vaut 10 g.

- Rép. 37.2 °C.



Exercice 6
On met en contact 20 g de cuivre à 120 °C, 30 g de plomb à 50 °C et 15 g d’aluminium à -40 °C. Quelle est la température d’équilibre du système ? Chaleur massique du cuivre : 390 J par kg et par K, chaleur massique du plomb : 120 J par kg et par K, chaleur massique de l’aluminium : 900 J par kg et par K.

- Rép. 23.1 °C.


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