Chaleur
Échanges thermiques, changements d’état, dilatation
Épreuve 204PY1df

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

Article mis en ligne le 13 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. Les rails sont espacés de 12 mm à 0 °C pour permettre leur dilatation.

  1. Que vaut leur espacement lorsque leur température atteint 60 °C ?
  2. Quelle est la température des rails s’ils sont séparés par un espace de 5 mm ?

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

Problème 2
Une grille rectangulaire en fonte a une surface de 13.24 dm2 à 0 °C.

  1. Que vaut la surface de cette grille à 50 °C ?
  2. De combien la surface de cette grille augmente-t-elle lorsque sa température passe de 0 à 30 °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

Grille 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 le niveau s’élève de 5 mm

  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. Calculez l’augmentation de température de l’eau qui provoque cette élévation du niveau.

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 10 °C ?
  2. Quelle température d’équilibre obtenez-vous en ajoutant 50 g de glace à -20 °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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Documents
204PY1df-20081013.nb.zip 5.1 kio / Zip