Vous êtes ici

Série d'exercices : La calorimétrie - 1er s

Classe:

Première

Exercice 1

1) Calculer la quantité de chaleur nécessaire pour élever de $20^{\circ}C$ à $80^{\circ}C$ une masse égale à $1$ tonne d'eau.

2) Si cette énergie calorifique pouvait être transformée en énergie potentielle de pesanteur, à quelle altitude $z$ pourrait-on soulever cette tonne d'eau ?

Exercice 2

Un calorimètre contient une masse $m_{1}=95\,g$ d'eau à $t_{1}=20^{\circ}C.$

On ajoute une masse d'eau $m_{2}=100\,g$ d'eau à $t_{2}=50^{\circ}C.$

1) Si on néglige l'intervention du calorimètre, calculer la température finale $t_{f}.$

2) En réalité la température finale vaut $t_{f'}=31.3^{\circ}C.$

Calculer la valeur en eau $\mu$

Exercice 3

1) Dans un calorimètre, à la température ambiante $t_{a}=15.5^{\circ}C$ on verse une masse d'eau $m_{e}=90\,g$ d'eau à $t_{e}=25^{\circ}C.$

La température d'équilibre vaut $t_{1}=24.5^{\circ}C.$

Calculer la valeur en eau $\mu$ du calorimètre.

2) Immédiatement après, on plonge dans l'eau du calorimètre une masse platine $m_{p}=100\,g$ à $t_{p}=104^{\circ}C.$

La nouvelle température d'équilibre $t_{2}=27.7^{\circ}C.$

Calculer la chaleur massique du platine.

3) Dans la foulée, on ajoute une masse $m=23\,g$ d'eau à la température ambiante $t_{a}.$

Calculer la température finale $t_{3}.$

Exercice 4

Dans un calorimètre en cuivre de masse $m_{c}=100\,g$ et qui contient une masse d'eau $m_{e}=200\,g$ à $t_{e}=4^{\circ}C$, on introduit une masse $m_{1}=300\,g$ de cuivre à $t_{1}=-20^{\circ}C.$

1) On agite pour atteindre l'équilibre thermique : calculer la température finale $t_{f}.$

2) Montrer que si le cuivre introduit est à la température $t_{2}=-50^{\circ}C$, une partie de l'eau congèle.

Calculer la masse de glace formée $mg.$

Chaleur massique du cuivre : $395\,J\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}$

Exercice 5

Dans l'enceinte adiabatique d'un calorimètre à la température $t_{c}=15^{\circ}C$, on introduit un bloc de cuivre de masse $m_{1}=200\,g$ à la température $t_{1}=100^{\circ}C.$

La température finale vaut $t_{f}=20^{\circ}C.$

1) Calculer la capacité calorifique $C_{cal}$ du calorimètre.

2) On introduit d'autre part, dans une expérience similaire, une masse $m_{2}=100\,g$ d'alliage pris à $t_{2}=100^{\circ}C.$

La température finale est la même.

Calculer la chaleur massique de l'alliage

Exercice 6

Pour mesurer le pouvoir calorifique $P_{C}$ d'un combustible solide, on place $1\,g$ de ce solide dans un récipient $A$ hermétiquement clos et contenant assez de dioxygène pour faire sa combustion totale.

Le récipient $A$ est placé dans un calorimètre.

On réalise, dans les mêmes conditions expérimentales, deux expériences successives :

1) On brûle $m=1\,g$ de naphtalène $(PC=40\ 500\,kJ/kg)$, et on note la température du calorimètre : avant la combustion :

$t_{0}=18.3^{\circ}C$ et après la combustion : $t_{1}=21.4^{\circ}C$

Déduire de cette expérience la capacité calorifique $C$ du calorimètre $+$ récipient.

2) On brûle $m=1\,g$ de houille, de pouvoir calorifique inconnu $P_{C'}$, et on note la température du calorimètre :

avant la combustion : $t_{0}=18.3^{\circ}C$ et après la combustion : $t_{2}=20.8^{\circ}C$

Déterminer l'expression littérale de $P_{C'}$, puis faire l'application numérique

Exercice 7

1) Un calorimètre contient $100\,g$ d'eau à $18^{\circ}C.$

On y verse $80\,g$ d'eau à $60^{\circ}C.$

Quelle serait la température d'équilibre si la capacité thermique du calorimètre et de ses accessoires était négligeable ?

2) La température d'équilibre est au fait $35.9^{\circ}C.$

En déduire la capacité thermique du colorimètre et de ces accessoires.

3) On considère de nouveau ce colorimètre qui contient $100\,g$ d'eau à $18^{\circ}C.$

On y plonge un morceau de cuivre de masse $20\,g$ initialement placé dans de l'eau en ébullition.

La température d'équilibre s'établit à $19.4^{\circ}C.$

Calculer la chaleur massique du cuivre

4) On considère encore le même calorimètre contenant $100\,g$ d'eau à $18^{\circ}C.$

On y plonge un morceau d'aluminium de masse $30.2\,g$ initialement à $100^{\circ}C$ et de chaleur massique $920\,J\cdot kg^{-1}\cdot k^{-1}.$

Déterminer la température d'équilibre.

5) L'état initial restant le même : le calorimètre contenant $100\,g$ d'eau à $18^{\circ}C$ ; on y introduit un glaçon de masse $25\,g$ à $O^{\circ}C.$

Calculer la température d'équilibre

6) L'état initial est encore le calorimètre contenant $100\,g$ d'eau à $18^{\circ}C.$

On y introduit maintenant un glaçon de masse $25\,g$ provenant d'un congélateur à la température de $-18^{\circ}C.$

Quelle est la température d'équilibre ?

On donne :

$-\ $ chaleur massique de la glace $C_{g}=2.10\cdot 10^{3}J\cdot Kg^{-1}\cdot K^{-1}$

$-\ $ chaleur massique de l'eau : $C_{e}=4185\,J\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}$

$-\ $ chaleur latente de fusion de la glace : $L_{f}=333.7\,kJ\cdot kg^{-1}$

Exercice 8

Afin de déterminer la capacité thermique massique $c_{1}$ d'une brique non poreuse, on réalise l'étude suivante sur un échantillon de masse $m_{1}=100\,g.$

Pour cela, on dispose d'un calorimètre de capacité thermique $\mu=209\,J\cdot^{\circ}C^{-1}$ contenant une masse d'eau $m_{2}=400\,g$ de capacité thermique massique $c_{2}=4.18\,J\cdot g^{-1}\cdot^{\circ}C^{-1}$, l'ensemble étant à la température $\theta_{2}=16.0^{\circ}C.$

L'échantillon est placé dans une étuve dont la température est fixée à, $\theta_{1}=98.0^{\circ}C.$

Une fois l'équilibre thermique réalisé, on sort l'échantillon et on le plonge rapidement dans le calorimètre.

La température finale d'équilibre est $\theta_{F}=19.9^{\circ}C.$

1) Donner l'expression littérale de la quantité de chaleur cédée par la brique au système {eau $+$ calorimètre} en fonction de $m_{1}$, $c_{1}$ et des températures $\theta_{1}$ et $\theta_{F}.$

2) Donner l'expression littérale de la quantité de chaleur reçue par le système {eau $+$ calorimètre) en fonction de $m_{2}$, $c_{2}$, $\mu$ et des températures $\theta_{2}$ et $\theta_{F}.$

3) Déterminer la capacité thermique massique $c_{1}$ de la brique $($On exprimera tout d'abord cette capacité en fonction des grandeurs $m_{1}$, $m_{2}$, $c_{2}$, $\mu$, $\theta_{2}$, $\theta_{1}$, $\theta_{F}$ et on la calculera$).$

Remarque :

On négligera tout échange de chaleur avec le milieu extérieur

Exercice 9

1) Bain à $37^{\circ}C$

On désire obtenir un bain d'eau tiède à la température $\theta=37^{\circ}C$, d'un volume total $V=250$ litres, en mélangeant un volume $V_{1}$ d'eau chaude à la température initiale $\theta_{1}=70^{\circ}C$ et un volume $V_{2}$ d'eau froide à la température initiale $\theta_{2}=15^{\circ}C.$

Déterminer $V_{1}$ et $V_{2}$ en supposant négligeables toutes les fuites thermiques lors du mélange.

2) Chaleur massique du plomb

On sort un bloc de plomb de masse $m_{1}=280\,g$ d'une étuve à la température $\theta_{1}=98^{\circ}C.$

On le plonge dans un calorimètre de capacité thermique $C=209\,J\cdot K^{-1}$ contenant une masse $m_{2}=350\,g$ d'eau.

L'ensemble est à la température initiale $\theta_{2}=16^{\circ}C.$

On mesure la température d'équilibre thermique $\theta_{e}=17.7^{\circ}C.$

Déterminer la chaleur massique du plomb.

Exercice 10

1) Bloc de fer plongé dans l'eau

Un morceau de fer de masse $m_{1}=500\,g$ est sorti d'un congélateur à la température $\theta_{1}=-30^{\circ}C.$

Il est plongé dans un calorimètre, de capacité thermique négligeable, contenant une masse $m_{2}=200\,g$ d'eau à la température initiale $\theta_{2}=4^{\circ}C.$

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

2) Fusion d'un glaçon

Un calorimètre de capacité thermique $C=150\,J\cdot K^{-1}$ contient une masse $m_{1}=200\,g$ d'eau à la température initiale $\theta_{1}=50^{\circ}C.$

On y place un glaçon de masse $m_{2}=160\,g$ sortant du congélateur à la température $\theta_{2}=-23^{\circ}C.$

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

Exercice 11 : Détermination de la capacité thermique d'un calorimètre

Un calorimètre contient une masse $m_{1}=250\,g$ d'eau.

La température initiale de l'ensemble est $\theta_{1}=18^{\circ}C.$

On ajoute une masse $m_{2}=300\,g$ d'eau à la température $\theta_{2}=80^{\circ}C.$

1) Quelle serait la température d'équilibre thermique $\theta_{e}$ 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 $\theta_{e}=50^{\circ}C.$

Déterminer la capacité thermique $C$ du calorimètre et de ses accessoires.

Données :

Masse volumique de l'eau : $\mu=1000\,kg\cdot m^{-3}.$

Capacité thermique massique de l'eau : $c_{e}=4185\,J\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}.$

Capacité thermique massique de la glace : $c_{g}=2090\,J\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}.$

Capacité thermique massique du fer : $c_{Fe}=460\,J\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}.$

Chaleur latente massique de fusion de la glace : $L_{f}=3.34\cdot 10^{5}J\cdot kg^{-1}.$

Chaleur latente massique de solidification de l'eau : $L_{s}=-3.34\cdot 10^{5}J\cdot kg^{-1}.$

Exercice 12

A. Mesure de la capacité thermique d'un calorimètre.

On verse un volume $V_{0}=200\,mL$ d'eau dans un calorimètre et on mesure la température de l'ensemble après quelques minutes : $\theta_{0}=20.0^{\circ}C.$

On ajoute alors au contenu du calorimètre une masse : $m=250\,g$ d'eau à la température : $\theta_{1}=60.0^{\circ}C.$

1. Déterminer la valeur $\theta_{2}$ de la température finale de l'eau après mélange, si l'on suppose que toute l'énergie thermique cédée par l'eau chaude a été gagnée par l'eau froide.

2. La température d'équilibre thermique mesurée est en réalité : $\theta'_{2}=38.0^{\circ}C.$

2.1. Déterminer la valeur de l'énergie thermique gagnée par le calorimètre.

2.2. En déduire la valeur de la capacité thermique du calorimètre.

B. Mesure de la chaleur latente $L_{v}$ de vaporisation de l'eau.

On verse un volume $V'_{0}=450\,mL$ d'eau dans un calorimètre de capacité thermique $\mu=100\,J\cdot^{\circ}C^{-1}.$

On mesure la température de l'ensemble après quelques minutes : $\theta_{0}=20.0^{\circ}C.$

On ajoute alors au contenu du calorimètre une masse : $m'=20.0\,g$ de vapeur d'eau à la température : $\theta_{3}=100^{\circ}C.$

Toute la vapeur se condense.

Après équilibre thermique, on mesure une température de l'ensemble {eau liquide $+$ calorimètre} de $\theta_{4}=45.2^{\circ}C.$

1. Exprimer, en fonction des données, l'énergie thermique échangée par le calorimètre et les $450\,mL$ d'eau liquide.

Quelle est le signe de cette énergie ?

2. Exprimer, en fonction des données et de $L_{v}$, l'énergie thermique échangée par la vapeur d'eau.

Quel est le signe de cette énergie ?

3. Calculer une valeur numérique de $L_{v}.$

Données :

$C_{eau}\cong 4\ 180\,J\cdot kg^{-1}\cdot^{\circ}C^{-1}$ ;

$C_{vapeur}\text{ d'eau}\cong 1\ 410\,J\cdot kg^{-1}\cdot^{\circ}C^{-1}.$

$\begin{array}{c}\blacktriangleright\,\boxed{\text{Correction des exercices}}\end{array}$

Auteur:

Sidy Mouhamed Ndiaye

Commentaires

Manfouo jeuta (non vérifié)

dim, 01/12/2020 - 10:42

Vous êtes ici

Série d'exercices : La calorimétrie - 1er s

Formulaire de recherche

Exercice 1

Exercice 2

Exercice 3

Exercice 4

Exercice 5

Exercice 6

Exercice 7

Exercice 8

Remarque :

Exercice 9

Exercice 10

Exercice 11 : Détermination de la capacité thermique d'un calorimètre

Données :

Exercice 12

Données :

Commentaires

Ajouter un commentaire

Plain text