Chaleur
Échanges thermiques, changements d’état, dilatation
Épreuve 208PY2df

Exercices sur les échanges thermiques, les changements d’état et la dilatation.

Article mis en ligne le 15 octobre 2008
dernière modification le 17 juin 2013

par bernard.vuilleumier

Problème 1
Une voie ferrée rectiligne est constituée par des rails de 14 m de long. On laisse un espace entre deux rails consécutifs pour permettre leur dilatation.

  1. De combien les rails doivent-ils être espacés à 0 °C sachant qu’ils se touchent lorsque leur température atteint 60 °C ?
  2. Quelle est la température des rails s’ils sont séparés par un espace de 8 mm ?

Coefficient de dilatation linéique du fer : α=1.2×10-5 K-1

Problème 2
Le diamètre d’un couvercle de regard circulaire en fonte vaut 61 cm à 0 °C.

  1. Que vaut le diamètre de ce couvercle à 50 °C ?
  2. De combien la surface de ce couvercle augmente-t-elle lorsque sa température passe de 0 à 40 °C ? Réponse en cm2.
  3. Que vaut l’augmentation relative de cette surface ? Réponse en %.

Coefficient de dilatation linéique de la fonte : α=9×10-6 K-1

Couvercle de regard en fonte. Image : VonRoll

Problème 3
Une piscine de 50 m de long, 20 m de large et 2.1 m de profondeur est remplie d’eau. Le niveau de l’eau est situé 10 cm au-dessous du bord supérieur de la piscine. L’eau s’échauffe et sa température passe de 15 °C à 25 °C.

  1. Calculez l’augmentation de volume de l’eau.
  2. Combien de bouteilles de 2.5 dl pourrait-on remplir avec une quantité d’eau égale à cette augmentation de volume ?
  3. De combien le niveau de l’eau s’élève-t-il dans la piscine ?

Vous supposerez que le volume de la cavité reste le même.
Coefficient de dilatation volumique de l’eau : γ=2×10-4 K-1

Problème 4
Vous souhaitez vous désaltérer avec de l’eau fraîche. Votre verre a une masse de 100 g. L’eau de votre carafe et votre verre sont à 20 °C et vous disposez de glace à - 20 °C.

  1. Combien de glace devez-vous ajouter dans votre verre s’il contient 3 dl d’eau à 20 °C pour obtenir de l’eau à 8 °C ?
  2. Combien d’eau et combien de glace devez-vous mettre dans votre verre pour obtenir, au total, 3 dl d’eau à 8 °C ?

Chaleur massique de l’eau : c1=4.18 × 103 J kg-1 K-1
Chaleur massique du verre : c2=8.4 × 102 J kg-1 K-1
Chaleur massique de la glace : c3=2.06 × 103 J kg-1 K-1
Chaleur latente de fusion de la glace : Lf=3.3 × 105 J kg-1


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208PY2df-20081015 4.6 kio / Zip