Chaleur
Équilibre thermique, changement d’état
Chaleur

Équilibre thermique, changement d’état, dilatation linéique et volumique

Article mis en ligne le 13 novembre 2007
dernière modification le 17 mars 2008

par Bernard Vuilleumier

- Champ : échanges thermiques, changement d’état, dilatation
- Documents autorisés : calculatrice, Formulaires et Tables CRM
- Date, lieu et durée : mardi 13 novembre, salle 18, 13h25, 95’.


Exercice 1
Une tasse en pyrex a une masse de 120 g. Elle contient une cuillère en argent de 50 g. Le tout est à la température de 20 °C. On verse dans la tasse 250 g d’eau 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.


Exercice 2
Une bouteille thermos contient 250 g d’eau à 10 °C. Si on y verse 50 g d’eau à 25 °C, l’équilibre s’établit à 12 °C. Déterminez la valeur en eau et la capacité thermique de cette bouteille thermos.


Exercice 3
On met en contact 1 kg d’eau à 20 °C et 100 g de glace à -20 °C. Quelle est la température de l’eau lorsque toute la glace a fondu ?


Exercice 4
On chauffe 200 g d’eau contenue dans une bouteille thermos à l’aide d’un corps de chauffe d’une puissance de 492 W. On reporte la température de l’eau en fonction du temps sur un premier graphique. Lorsque l’eau atteint 100 °C et commence à bouillir, on reporte sa masse en fonction du temps sur un deuxième graphique :

Température de l’eau en fonction du temps
Au temps t=0, on enclenche le chauffage et le chronomètre.
Masse d’eau en fonction du temps
Après un certain temps, l’eau bout et sa masse diminue.

Déterminez à partir de ces graphiques la chaleur massique de l’eau ainsi que sa chaleur latente de vaporisation en expliquant votre démarche.


Exercice 5
Une tige de cuivre a une longueur de 2 m à la température de 0 °C. On veut fixer bout-à-bout deux tiges, l’une de fer, l’autre d’aluminium, de manière que, à toute température, la tige composée a la même longueur que la tige de cuivre. Quelles doivent être les longueurs des tiges de fer et d’aluminium ?


Exercice 6
Un thermomètre est constitué d’une capsule de verre soudée à un tube très fin. Le volume intérieur de la capsule est de 50 mm3. La section intérieure du tube est de 0.01 mm2. La capsule est remplie de mercure qui, à 10 °C, arrive au bas du tube. De combien le mercure s’élève-t-il lorsque la température monte jusqu’à 80 °C ?

Résultats