Capacité thermique
Systèmes thermodynamiques - Physique-Chimie Spécialité
Exercice 1 : Calculer l'énergie thermique accumulée par un système (conversion en Ws)
On dispose d'une masse \( m = 6,9\:\text{kg} \) de mercure \( (Hg) \) que l'on fait passer d'une température de \( \theta_1 = 33\:\text{°C} \) à \( \theta_2 = 58\:\text{°C} \).
On donne :
- Capacité thermique massique du mercure : \( c = 139\:\text{J}\mathord{\cdot}\text{K}^{-1}\mathord{\cdot}\text{kg}^{-1} \).
Calculer l'énergie thermique \( \Delta E \) accumulée par le système.
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs, exprimé en joules.
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs, exprimé en joules.
Donner ce résultat en \( \text{Wh} \).
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 2 : Étudier les transferts thermiques et changements d'état
Dans un café un serveur réchauffe \(240 mL\) de lait en y injectant de la vapeur d'eau à
\(115°C\).
Le lait, initialement à la température de \(21°C\), est réchaufé à \(70°C\).
Durant, cet exercice, on cherchera à déterminer la masse de vapeur à injecter afin d'amener le lait à la température demandée.
On suppose que les transferts thermiques se font uniquement entre le lait et la vapeur et que toute la vapeur injectée devient liquide et se refroidit à \(70°C\). On considèrera également que le lait à la même capacité thermique massique et la même masse volumique que l'eau liquide.
Le lait, initialement à la température de \(21°C\), est réchaufé à \(70°C\).
Durant, cet exercice, on cherchera à déterminer la masse de vapeur à injecter afin d'amener le lait à la température demandée.
On suppose que les transferts thermiques se font uniquement entre le lait et la vapeur et que toute la vapeur injectée devient liquide et se refroidit à \(70°C\). On considèrera également que le lait à la même capacité thermique massique et la même masse volumique que l'eau liquide.
Données
- Energie massique de condensation de l'eau : \( 2257 kJ \mathord{\cdot} kg^{-1} \)
- \( \rho_\text{eau} = 1,00 kg \mathord{\cdot} L^{-1}\)
- L'énergie thermique \( \xi_\text{th} \) échangée lors du changement de température \( \Delta \theta \), de la masse m d'un corps de capacité thermique massique \(c_\text{corps} \) sans changement d'état est \( \xi_\text{th} = m \mathord{\cdot} c_\text{corps} \mathord{\cdot} \Delta \theta \)
- \(c_\text{eau(gaz)} = 1,85 kJ \mathord{\cdot} kg^{-1} \mathord{\cdot} °C^{-1}; \quad c_\text{eau(liquide)} = 0,418 kJ \mathord{\cdot} kg^{-1} \mathord{\cdot} °C^{-1} \)
Calculer l'énergie que doit recevoir le lait pour s'échauffer de \(21°C \) à \(70°C\).
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Calculer l'énergie que pourrait fournir \(1kg\) de cette vapeur en se refroidissant jusqu'à \(100°C\).
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Calculer l'énergie que pourrait fournir \(1kg\) de cette vapeur en devenant liquide.
On donnera un résultat avec 4 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Calculer l'énergie que pourrait fournir l'eau liquide ainsi formée en se refroidissant de \(100°C\) jusqu'à \(70°C\).
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Déterminer désormais la masse de vapeur d'eau qu'il faudrait injecter pour échauffer le lait de \(21°C\) à \(70°C\).
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 3 : Calculer l'énergie thermique nécessaire pour préparer un bain de galvanisation - Transferts thermiques à plusieurs phases
Les usines de galvanisation de fer font fondre de grandes quantités de
zinc solide \(\text{Zn}\) afin d'élaborer par exemple des pièces de
voiture protégées contre la corrosion.
Pour ce faire, il faut disposer d'un bain de zinc liquide à \( 450 °C \) obtenu à partir de zinc solide à \( 15 °C \), pour y tremper les pièces en fer.
Voici les caractéristiques thermiques du zinc :
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et on exprimera le résultat en kJ.
Pour ce faire, il faut disposer d'un bain de zinc liquide à \( 450 °C \) obtenu à partir de zinc solide à \( 15 °C \), pour y tremper les pièces en fer.
Voici les caractéristiques thermiques du zinc :
- Capacité thermique massique du zinc solide : \( c_m (\text{Zn solide}) = 417 J\mathord{\cdot}K^{-1}\mathord{\cdot}kg^{-1} \).
- Capacité thermique massique du zinc liquide : \( c_m (\text{Zn liquide}) = 480 J\mathord{\cdot}K^{-1}\mathord{\cdot}kg^{-1} \).
- Température de fusion du zinc : \( T_{fusion} = 420 °C \).
- Température d'ébullition du zinc : \( T_{ebul} = 907 °C \).
- Energie massique de fusion du zinc : \( L_m = 102 kJ\mathord{\cdot}kg^{-1} \).
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et on exprimera le résultat en kJ.
Exercice 4 : Calculer l'énergie thermique accumulée par un système (conversion en Ws)
On dispose d'une masse \( m = 9,5\:\text{kg} \) d'éthanol \( (C_2H_6O) \) que l'on fait passer d'une température de \( \theta_1 = 23\:\text{°C} \) à \( \theta_2 = 66\:\text{°C} \).
On donne :
- Capacité thermique massique de l'éthanol : \( c = 2\:460\:\text{J}\mathord{\cdot}\text{K}^{-1}\mathord{\cdot}\text{kg}^{-1} \).
Calculer l'énergie thermique \( \Delta E \) accumulée par le système.
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs, exprimé en joules.
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs, exprimé en joules.
Donner ce résultat en \( \text{Wmin} \).
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 5 : Étudier les transferts thermiques et changements d'état
Dans un café un serveur réchauffe \(220 mL\) de lait en y injectant de la vapeur d'eau à
\(115°C\).
Le lait, initialement à la température de \(19°C\), est réchaufé à \(65°C\).
Durant, cet exercice, on cherchera à déterminer la masse de vapeur à injecter afin d'amener le lait à la température demandée.
On suppose que les transferts thermiques se font uniquement entre le lait et la vapeur et que toute la vapeur injectée devient liquide et se refroidit à \(65°C\). On considèrera également que le lait à la même capacité thermique massique et la même masse volumique que l'eau liquide.
Le lait, initialement à la température de \(19°C\), est réchaufé à \(65°C\).
Durant, cet exercice, on cherchera à déterminer la masse de vapeur à injecter afin d'amener le lait à la température demandée.
On suppose que les transferts thermiques se font uniquement entre le lait et la vapeur et que toute la vapeur injectée devient liquide et se refroidit à \(65°C\). On considèrera également que le lait à la même capacité thermique massique et la même masse volumique que l'eau liquide.
Données
- Energie massique de condensation de l'eau : \( 2257 kJ \mathord{\cdot} kg^{-1} \)
- \( \rho_\text{eau} = 1,00 kg \mathord{\cdot} L^{-1}\)
- L'énergie thermique \( \xi_\text{th} \) échangée lors du changement de température \( \Delta \theta \), de la masse m d'un corps de capacité thermique massique \(c_\text{corps} \) sans changement d'état est \( \xi_\text{th} = m \mathord{\cdot} c_\text{corps} \mathord{\cdot} \Delta \theta \)
- \(c_\text{eau(gaz)} = 1,85 kJ \mathord{\cdot} kg^{-1} \mathord{\cdot} °C^{-1}; \quad c_\text{eau(liquide)} = 0,418 kJ \mathord{\cdot} kg^{-1} \mathord{\cdot} °C^{-1} \)
Calculer l'énergie que doit recevoir le lait pour s'échauffer de \(19°C \) à \(65°C\).
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Calculer l'énergie que pourrait fournir \(1kg\) de cette vapeur en se refroidissant jusqu'à \(100°C\).
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Calculer l'énergie que pourrait fournir \(1kg\) de cette vapeur en devenant liquide.
On donnera un résultat avec 4 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
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Nos exercices sont conformes aux programmes de l'Éducation Nationale de la 3e à la Terminale. Kwyk permet aux élèves d'aborder les notions les plus importantes en Physique-Chimie comme l'étude des ondes et de l'optique, l'organisation et la transformation de la matière, la conservation et les transferts d'énergie et les lois de l'électricité. Les élèves peuvent travailler sur l'étude du mouvement avec des exercices de mécanique et de cinétique. Kwyk propose également de nombreux exercices d'entraînement sur les conversions et la manipulation des unités, l'écriture scientifique et l'utilisation des chiffres significatifs.
Nos exercices sont proposés sous forme de réponse libre et/ou de QCM. Afin d'assurer un entraînement efficace et pertinent aux élèves, chaque exercice est généré avec des valeurs aléatoires. Tous les ans, de nouvelles annales du brevet des collèges et du baccalauréat sont mises en ligne sur www.kwyk.fr. Les élèves peuvent s'entraîner grâce aux devoirs donnés sur Kwyk par leurs professeurs et aux devoirs générés par notre outil utilisant l'IA mais aussi grâce aux différents modules de travail en autonomie mis à disposition sur leur espace personnel.
Avec Kwyk, vous mettez toutes les chances de succès du côté des élèves.
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