1

NOM et Prénom de l’élève :

…………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………

COURS DE SCIENCES PHYSIQUES

Classe de BAC TECHNO

① CHALEUR – TEMPERATURE – PROPAGATION

② MESURER UNE QUANTITÉ DE CHALEUR

③ LA CHALEUR LATENTE

OBJECTIFS DES ACTIVITÉS

→ Connaitre les différentes modes de propagation de la chaleur.

→ Connaître la différence entre la chaleur et température.

→ Être capable de calculer une quantité de chaleur et une puissance thermique.

→ Connaître les différents changements d’états.

→ Être capable de calculer une chaleur latente

2

Activité

①

1- La chaleur et température

1-1 La chaleur

La chaleur est un échange d’énergie qui apparaît au cours d’une transformation physique ou

chimique.

Ex :

Echauffement des patins de freins sur la jante d’une roue. (Frottements)

Lors d’une réaction chimique.

On mesure la quantité de cette chaleur (noté Q) en Joules (J).

Multiple : le kiloJoule (kJ) ; 1 kJ = 1 000 J

Exemple : Convertir 250 Joules en kiloJoules.

1-2 La température

La température est une grandeur physique macroscopique qui permet de

rendre compte de l’état thermique d’un corps.

Elle est un indicateur de l’agitation des particules constituant le corps. Plus

la température est élevée et plus les particules ont des mouvements agités

On en utilise principalement deux :

- L’échelle Kelvin dite échelle absolue puisque la température T = 0°K

est la plus petite température qui existe (elle correspond à une

agitation nulle des molécules du corps).

-

- L’échelle Celsius est définit par la relation : θ = T – 273,15, qui la lie à l’échelle

absolue. Une température s’exprime alors en °C.

-

La température est une grandeur repérable et non mesurable en physique.

(Mélanger 10 g d’eau à 20 °C avec 30 g d’eau à 60 °C n’ont jamais fait 40 g d’eau à 80°C).

3

2- Mode de transfert de la chaleur

La chaleur peut se transmettre de trois façons possibles.

→ La conduction

→ La convection

→ Le rayonnement

2-1 La conduction

La chaleur se transmet de proche en proche sans transfert de matière d’autant plus

rapidement que le corps est meilleur conducteur de la chaleur.

2-2 La convection

Sous forme de courant ascendant et descendant au sein d’un liquide. Le courant chaud

monte et le froid descend formant ainsi une cellule de convection.

(Le liquide chaud étant moins dense que le liquide froid).

2-3 Le rayonnement

Les corps chauds, comme le soleil émettent des rayonnements électromagnétiques. Il se

propage dans l’air et le vide et transporte de l’énergie.

4

Activité

②

1- Mesure d’une quantité de chaleur sans changement d’état physique

On chauffe régulièrement, sans provoquer l’ébullition, une masse m de liquide. On peut

admettre que la quantité de chaleur Q reçue par le liquide est effectivement proportionnelle

à la durée de chauffage si celui-ci est maintenu constant. L’expérience montre que :

Expérience n°1 Expérience n°2 Expérience n°3

Expérience n°1 : La quantité de chaleur fournie à un corps pour élever sa température de 1

à 2 est proportionnelle à la variation de température :

Expérience n°2 : Pour une même élévation de température, la quantité de chaleur est

proportionnelle à la masse.

Expérience n°3 : Pour une même élévation de température, la quantité de chaleur fournie à

un corps dépend de la nature de ce corps.

La quantité de chaleur, dépend de 3 paramètres : la masse, la variation de

température et la nature du corps. Elle se traduit par le calcul suivant :

Avec :

Définition de la chaleur massique d’un corps :

C’est la quantité de chaleur qu’il faut fournir pour élever 1 kg de matière pour une

variation de température : = 1°C.

symbole Q M c

Grandeur Quantité de

chaleur Masse

Variation de

température Chaleur massique

Unités

internationales

Joule

(J)

kilogramme

(kg)

En degré Celsius

(°C)

Joule par kilogramme par degré

(J.kg-1.°C-1) ou (J/kg/°C)

5

Exemple de chaleur massique :

Chaleurs massiques de quelques corps exprimées en J/kg/°C

Fer Plomb Cuivre Ethanol Eau Mercure

460 130 400 2 480 4 180 140

2- La puissance thermique

C’est la quantité de chaleur libérée ou absorbée par seconde.

3- Application

① Calculer la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de 250 grammes

d’eau de 20°C à 80°C.

② Sachant qu’il faut 1 minutes et 20 secondes pour chauffer cette eau, Calculer la

puissance nécessaire.

4- Transfert de chaleur

4-1 Les transferts de chaleurs

Considérons un corps : il constitue le système (S)

étudié ; Son environnement est le milieu extérieur.

Si l’on s’intéresse à la quantité de chaleur (QS) avec

le milieu extérieur, alors :

Si le système reçoit de la chaleur du

milieu extérieur, on attribue à QS une

valeur positive.

Si le système cède de la chaleur au milieu

extérieur, on attribue à QS une valeur négative.

symbole P Q t

Grandeur Puissance Energie Temps

Unités

internationales

Watt

(W)

Joule

(J)

Seconde

(s)

6

Dans une enceinte adiabatique (aucun échange de chaleur

avec l’extérieur), le corps chaud cède de la chaleur au corps

froid jusqu'à l’équilibre thermique.

4-2 Le calorimètre

Le calorimètre est un appareil qui permet de mesurer des quantités de chaleurs.

C’est une enceinte adiabatique (pas d’échange de chaleur avec l’extérieur). Celui du

lycée est constitué de deux cuves en aluminium. La cuve intérieure, dans laquelle se

font les mesures, est supportée sur la cuve extérieure par une couronne en

matière plastique. L’air qui sépare les deux cuves limite les pertes par

conduction. Le couvercle est percé d’un orifice qui permet le passage de

l’agitateur et du thermomètre.

5- Application

On mélange dans un bol 250 g d’eau à 20 °C avec 50 g d’eau à 65°C. Calculer la température

finale ? (On ne tient pas compte des échanges de chaleur entre le bol et l’eau).

Le calcul se fait en plusieurs étapes :

① Donner l’expression de la quantité de chaleur pour la source froide.

② Donner l’expression de la quantité de chaleur pour la source chaude.

③ Appliquer l’équilibre thermique et résoudre l’équation pour trouver la température

finale.

7

Activité

③

1- Les changements d’état

Le passage d’un état physique à un

autre s’appelle un changement d’état.

Ce changement d’état se traduit par une

température déterminée et constante pendant

toute la durée du changement d’état.

Les différents changements d’état :

①…………………………………………………………. ②………………………………………………………………

③………………………………………………………… ④………………………………………………………………

⑤…………………………………………………...……. ⑥………………………………………………………………

2- La chaleur latente

L’énergie nécessaire pour passer d’un état physique à un autre à température

constante s’appelle la chaleur latente.

La quantité de chaleur Q fournie ou absorbée est proportionnelle à la masse du corps

qui change d’état.

symbole Q m L

Grandeur Quantité de chaleur Masse Chaleur latente

Unités

internationales

Joule

(J)

kilogramme

(kg)

Joule par kilogramme

(J.kg-1) ou (J/kg)

5

2

1

6

4

3

8

On parle de chaleur latente de fusion lors du passage de l’état solide vers l’état

liquide et de chaleur latente de solidification pour le contraire.

On parle de chaleur latente de vaporisation lors du passage de l’état liquide vers

l’état gazeux et de chaleur latente de liquéfaction pour le contraire.

Application : Calculer la quantité de chaleur nécessaire pour faire passer 50 grammes de

glace de l’état solide à l’état liquide.

Chaleurs latentes de quelques corps exprimées en J/kg

Fer

Lf = 2,7 105

Glace

Lf = 3,3 105

Eau

Lv = 2,3 106