Capacité Thermique & Chaleur Latente

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Exo A - Détermination de la capacité thermique d'un calorimètre (correction détaillée)

Un calorimètre contient une masse m₁ = 250g d'eau. La température initiale de l'ensemble est θ₁ = 18°C. On ajoute une masse m₂ = 300g d'eau à la température θ₂ = 80°C.

1. Quelle serait la température d'équilibre thermique θ_e de l'ensemble si la capacité thermique du calorimètre et de ses accessoires était négligeable ?

2. On mesure en fait une température d'équilibre thermique θ_e = 50°C. Déterminer la capacité thermique C du calorimètre et de ses accessoires.

Données:
Chaleur massique de l'eau : c_e = 4185 J.kg^-1.K^-1
Masse volumique de l'eau : µ = 1000 kg.m^-3.

Exo B - Bain à 37°C

On désire obtenir un bain d'eau tiède à la température q = 37°C, d'un volume total V = 250 litres, en mélangeant un volume V₁ d'eau chaude à la température initiale θ₁ = 70°C et un volume V₂ d'eau froide à la température initiale θ₂ = 15°C.
Déterminer V₁ et V₂ en supposant négligeables toutes les fuites thermiques lors du mélange.

Données:
Chaleur massique de l'eau : c_e = 4185 J.kg^-1.K^-1
Masse volumique de l'eau : µ = 1000 kg.m^-3.

Exo C :Chaleur massique du plomb

On sort un bloc de plomb de masse m₁ = 280g d'une étuve à la température θ₁ = 98°C. On le plonge dans un calorimètre de capacité thermique C = 209J.K^-1 contenant une masse m₂ = 350g d'eau. L'ensemble est à la température initiale θ₂ = 16°C. On mesure la température d'équilibre thermique θ_e = 17,7°C.
Déterminer la chaleur massique du plomb.

Données:
Chaleur massique de l'eau : c_e = 4185 J.kg^-1.K^-1
Masse volumique de l'eau : µ = 1000 kg.m^-3.

Exo D :Bloc de fer plongé dans l'eau (correction détaillée)

Un morceau de fer de masse m₁ = 500g est sorti d'un congélateur à la température θ₁ = -30°C.
Il est plongé dans un calorimètre, de capacité thermique négligeable, contenant une masse m₂ = 200g d'eau à la température initiale θ₂ = 4°C
Déterminer l'état final d'équilibre du système (température finale, masse des différents corps présents dans le calorimètre).

Données:
Chaleur massique de l'eau : c_e = 4185 J.kg^-1.K^-1
Chaleur massique de la glace: c_g = 2090 J.kg^-1.K^-1
Chaleur massique du fer: c_Fe = 460 J.kg^-1.K^-1
Chaleur latente de fusion de la glace: L_f = 3,34.10⁵ J.kg^-1

Exo E :Fusion d'un glaçon (version 1)

Un calorimètre de capacité thermique C = 150J.K^-1 contient une masse m₁ = 200g d'eau à la température initiale θ₁ = 70°C. On y place un glaçon de masse m₂ = 80g sortant du congélateur à la température θ₂ = -23°C.

Déterminer l'état final d'équilibre du système (température finale, masse des différents corps présents dans le calorimètre).

Données:
Chaleur massique de l'eau : c_e = 4185 J.kg^-1.K^-1
Chaleur massique de la glace: c_g = 2090 J.kg^-1.K^-1
Chaleur latente de fusion de la glace: L_f = 3,34.10⁵ J.kg^-1

Exo F :Fusion d'un glaçon (version 2)

Un calorimètre de capacité thermique C = 150J.K^-1 contient une masse m₁ = 200g d'eau à la température initiale θ₁ = 50°C. On y place un glaçon de masse m₂ = 160g sortant du congélateur à la température θ₂ = -23°C.

Déterminer l'état final d'équilibre du système (température finale, masse des différents corps présents dans le calorimètre).

Données:
Chaleur massique de l'eau : c_e = 4185 J.kg^-1.K^-1
Chaleur massique de la glace: c_g = 2090 J.kg^-1.K^-1
Chaleur latente de fusion de la glace: L_f = 3,34.10⁵ J.kg^-1