CME4 : Chauffage

LP ROMPSAY LA ROCHELLE Comment se chauffer P CORMERAIS
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CME4
1 BAC PROFESSIONNELLE
COMMENT CHAUFFER OU SE CHAUFFER
POURQUOI LE METAL SEMBLE T-IL PLUS FROID QUE LE BOIS ?
I EXPERIENCE
On plonge un morceau de fer de masse 150 g porté
à 100 °C dans 400 g d'eau à 20 °C, puis dans 400 g d’huile
Relever les températures initiales et finales.
• Les différences de température θ1 – θ0 dans l’eau et dans l’huile sont différente / identique N………….CLUSIO
• Le solide apporte une quantité d’énergie différente/ identique à l’eau et à l’huile.
• Pour un même apport d’énergie, la variation de température de deux matériaux est différente / identique
On place un ballon rempli d'eau froide (15 °C)
dans un cristallisoir contenant de l'eau chaude (80 °C).
CONCLUSION
Eau
θ0 = 18 °C
θ1 = 30 °C
θ1 – θ0 = 12 °C
Huile
θ0 = 18 °C
θ1 = 43 °C
θ1 – θ0 = 25 °C
• Un transfert d.................... s’est effectué entre l’eau chaude du cristallisoir et l’eau .................. du ballon
sous forme ..........................
• L’élévation de la ........................ de l’eau du ballon a nécessité un apport d’.....................
• À la fin de l’expérience, les températures de l’eau du cristallisoir et de l’eau du ballon sont ........................;
l’équilibre .............................. est atteint

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II LES ECHANGES THERMIQUES
1° La calorimétrie
2° Quantité de chaleur
3° Echange de quantité de chaleur
Extérieur
Q < 0 Système Q > 0
A B
CORPS CHAUD CORPS FROID
4° Capacité thermique massique
Les divers corps s'échauffent différemment sous l'effet de la même énergie thermique.
Pour les comparer, on définit la capacité thermique massique C (énergie nécessaire pour élever de 1°C une masse de 1
kg de ce corps).
Unité : J/ kg / °C ou J / kg / K Q : quantité de chaleur :J
M : masse : kg
Tf : température finale
5° Exemples de capacité thermique massique : ( J / kg / °C)
Solides
C
Liquides
C
Gaz
C
Eau
2100
Eau
4185
Eau
1900
Fer
460
Alcool
2400
Air
1000
Aluminium
920
Essence
1700
Hydrogène
14000
Cuivre
380
Fuel
2000
Méthane
2000
Verre
800
Mercure
140
Dioxygène
910
Plomb
130
Ether
2300
CHALEUR Q
Lorsque deux systèmes échangent de la chaleur, le
corps ayant la température la plus basse voit celle-ci
........................... et le corps ayant la température la plus
haute la voit ..............................
Lors d’un échange de chaleur, la somme des quantités
de chaleur échangées par les corps A et B est .....................
QA + QB = 0
Q = ......................................
Toute quantité d’énergie thermique transférée porte le nom de quantité de chaleur
notée .....et d’unité le .................. ....
La calorimétrie est la mesure des ................... de .................
échangées

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Exemple :
On plonge un morceau de fer de masse 150 g porté
à 100 °C dans 400 g d'eau à 20 °C.
Calculer la température d'équilibre.
III CONDUCTION
1° Expérience 1
Qu'observe t-on ?
Conclusion :
La propagation de la chaleur par conduction se fait ……………………………...
2° Expérience 2
Sur une cuve en laiton sont fixées
des tiges de différentes matières
recouvertes de papier indicateur de
chaleur. On verse de l'eau bouillante
dans la cuve et le changement de couleur
du papier permet de suivre la
propagation de la chaleur.
Le cuivre et l’aluminium sont les meilleurs ………………… thermiques alors que le bois, le verre, la
laine de roche et le polystyrène sont des……………………… thermiques donc des mauvais
conducteurs

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La sensation de chaud et de froid
À l’aide du document, complétez les phrases suivantes.
a) La quantité de …………. .transférée de l’objet vers la main procure la sensation de chaud ou de froid et non la
différence de ………………….
b) Le plastique est moins bon conducteur de la chaleur que le verre, au toucher, le plastique paraitra …………. froid
que le verre.
V EXERCICES
1° Calculer la quantité de chaleur cédée par un bloc de plomb de masse 160 g sachant qu'il subit une diminution de
température de 100°C. Chaleur massique du plomb : 130 J /.kg / °C.
2° On met une plaque de fer de 150 g dont la température est de 433° C dans 320 g d'eau dont la température
est de 10° C. Calculer la température de l'équilibre thermique.
3° Le lait cru pris à la température de 4°C doit être porté à la température de 90°C pour être pasteurisé. Calculer la
quantité de chaleur Q qu’il faut fournir pour pasteuriser un litre de lait de masse 1,03 kg.
Chaleur massique du lait : c = 3 800 J.kg-1.°C-1
4° Un chauffe-eau contient 250 L d’eau à 16°C et il est thermiquement isolé. Calculer la quantité de chaleur nécessaire
Q, en joules, pour amener la température de l’eau à 40°C.
Capacité thermique massique de l’eau : c = 4 180 J/kg.°C
5° Pour alimenter en eau chaude un lave-main, on utilise un chauffe-eau parfaitement isolé qui débite 6 litres d’eau par
minute à la température de 70°C ; l’eau pénètre dans le chauffe-eau à 16°C. Calculer l’énergie gagnée par l’eau en une
minute. Pour l’eau, masse d’un litre d’eau : 1 kg et c = 4180 J/kg
6° Des réglets en polystyrène (PS) sont moulés dans une presse à injection.
La masse d’un réglet est de 15 g. Les granulés servant à la fabrication des réglets sont à la température ambiante de
20°C. La température de mise en œuvre est de 210°C.
Calculer, en joules, la quantité de chaleur nécessaire à l’injection d’un réglet.
Capacité thermique massique du polystyrène c = 1 340 J/(kg.°C)
7° Une résistance de 25  plonge dans un récipient contenant 800 g de pétrole à la température de 15 °C. Elle est
parcourue par un courant d'intensité 5 A. Calculer le temps nécessaire pour porter le pétrole à une température de 70°C
en admettant que toute l'énergie thermique dégagée par effet Joule sous forme de chaleur a été utilisée à cet effet. c
pétrole = 2100 J/ kg/.K
8° Un chauffe-eau à production d'eau instantanée a un débit de 2 litres par minute.
Il élève la température de l'eau de 15 °C à 65 °C.
a) Calculer la quantité de chaleur absorbée par l'eau en une minute.
b) En déduire la puissance calorifique nécessaire.
c) Ce chauffe-eau a un rendement de 80 %. Calculer la puissance qu'il absorbe.
• À température ambiante, au toucher, un morceau de fer semble plus froid qu’un morceau de bois.
Le fer étant un bon conducteur thermique, une quantité de chaleur est rapidement transférée de la main vers le
métal.
• Par contre, le bois étant un mauvais conducteur thermique, les échanges de chaleur entre la main et le bois sont
lents, ce qui donne l’impression de toucher un objet pratiquement a la même température que la main.