Série d'exercices : La calorimétrie - 1er s

Classe: 
Première
 

Exercice 1

1) Calculer la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 20C à 80C 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 m1=95g d'eau à t1=20C.
 
On ajoute une masse d'eau m2=100g d'eau à t2=50C.
 
1) Si on néglige l'intervention du calorimètre, calculer la température finale tf.
 
2) En réalité la température finale vaut tf=31.3C.
 
Calculer la valeur en eau μ

Exercice 3

1) Dans un calorimètre, à la température ambiante ta=15.5C on verse une masse d'eau me=90g d'eau à te=25C. 
 
La température d'équilibre vaut t1=24.5C.
 
Calculer la valeur en eau μ du calorimètre.
 
2) Immédiatement après, on plonge dans l'eau du calorimètre une masse platine mp=100g à tp=104C. 
 
La nouvelle température d'équilibre t2=27.7C. 
 
Calculer la chaleur massique du platine.
 
3) Dans la foulée, on ajoute une masse m=23g d'eau à la température ambiante ta. 
 
Calculer la température finale t3.

Exercice 4

Dans un calorimètre en cuivre de masse mc=100g et qui contient une masse d'eau me=200g à te=4C, on introduit une masse m1=300g de cuivre à t1=20C.
 
1) On agite pour atteindre l'équilibre thermique : calculer la température finale tf.
 
2) Montrer que si le cuivre introduit est à la température t2=50C, une partie de l'eau congèle.
 
Calculer la masse de glace formée mg.
 
Chaleur massique du cuivre : 395Jkg1K1

Exercice 5

Dans l'enceinte adiabatique d'un calorimètre à la température tc=15C, on introduit un bloc de cuivre de masse m1=200g à la température t1=100C. 
 
La température finale vaut tf=20C.
 
1) Calculer la capacité calorifique Ccal du calorimètre.
 
2) On introduit d'autre part, dans une expérience similaire, une masse m2=100g d'alliage pris à t2=100C. 
 
La température finale est la même.
 
Calculer la chaleur massique de l'alliage

Exercice 6

Pour mesurer le pouvoir calorifique PC d'un combustible solide, on place 1g 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=1g de naphtalène (PC=40 500kJ/kg), et on note la température du calorimètre : avant la combustion : 
 
t0=18.3C et après la combustion : t1=21.4C
 
Déduire de cette expérience la capacité calorifique C du calorimètre + récipient.
 
2) On brûle m=1g de houille, de pouvoir calorifique inconnu PC, et on note la température du calorimètre : 
 
avant la combustion : t0=18.3C et après la combustion : t2=20.8C
 
Déterminer l'expression littérale de PC, puis faire l'application numérique

Exercice 7

1) Un calorimètre contient 100g d'eau à 18C. 
 
On y verse 80g d'eau à 60C.
 
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 35.9C. 
 
En déduire la capacité thermique du colorimètre et de ces accessoires.
 
3) On considère de nouveau ce colorimètre qui contient 100g d'eau à 18C. 
 
On y plonge un morceau de cuivre de masse 20g initialement placé dans de l'eau en ébullition. 
 
La température d'équilibre s'établit à 19.4C. 
 
Calculer la chaleur massique du cuivre
 
4) On considère encore le même calorimètre contenant 100g d'eau à 18C. 
 
On y plonge un morceau d'aluminium de masse 30.2g initialement à 100C et de chaleur massique 920Jkg1k1.
 
Déterminer la température d'équilibre.
 
5) L'état initial restant le même : le calorimètre contenant 100g d'eau à 18C ; on y introduit un glaçon de masse 25g à OC.
 
Calculer la température d'équilibre
 
6) L'état initial est encore le calorimètre contenant 100g d'eau à 18C. 
 
On y introduit maintenant un glaçon de masse 25g provenant d'un congélateur à la température de 18C. 
 
Quelle est la température d'équilibre ?
 
On donne : 
 
  chaleur massique de la glace Cg=2.10103JKg1K1
 
  chaleur massique de l'eau : Ce=4185Jkg1K1
 
  chaleur latente de fusion de la glace : Lf=333.7kJkg1

Exercice 8

Afin de déterminer la capacité thermique massique c1 d'une brique non poreuse, on réalise l'étude suivante sur un échantillon de masse m1=100g.
 
Pour cela, on dispose d'un calorimètre de capacité thermique μ=209JC1 contenant une masse d'eau m2=400g de capacité thermique massique c2=4.18Jg1C1, l'ensemble étant à la température θ2=16.0C.
 
L'échantillon est placé dans une étuve dont la température est fixée à, θ1=98.0C. 
 
Une fois l'équilibre thermique réalisé, on sort l'échantillon et on le plonge rapidement dans le calorimètre. 
 
La température finale d'équilibre est θF=19.9C.
 
1) Donner l'expression littérale de la quantité de chaleur cédée par la brique au système {eau + calorimètre} en fonction de m1, c1 et des températures θ1 et θF.
 
2) Donner l'expression littérale de la quantité de chaleur reçue par le système {eau + calorimètre) en fonction de m2, c2, μ et des températures θ2 et θF.
 
3) Déterminer la capacité thermique massique c1 de la brique (On exprimera tout d'abord cette capacité en fonction des grandeurs m1, m2, c2, μ, θ2, θ1, θF et on la calculera).

Remarque : 

On négligera tout échange de chaleur avec le milieu extérieur

Exercice 9

1) Bain à 37C
 
On désire obtenir un bain d'eau tiède à la température θ=37C, d'un volume total V=250 litres, en mélangeant un volume V1 d'eau chaude à la température initiale θ1=70C et un volume V2 d'eau froide à la température initiale θ2=15C.
 
Déterminer V1 et V2 en supposant négligeables toutes les fuites thermiques lors du mélange.
 
2) Chaleur massique du plomb
 
On sort un bloc de plomb de masse m1=280g d'une étuve à la température θ1=98C. 
 
On le plonge dans un calorimètre de capacité thermique C=209JK1 contenant une masse m2=350g d'eau. 
 
L'ensemble est à la température initiale θ2=16C. 
 
On mesure la température d'équilibre thermique θe=17.7C.
 
Déterminer la chaleur massique du plomb.

Exercice 10

1) Bloc de fer plongé dans l'eau
 
Un morceau de fer de masse m1=500g est sorti d'un congélateur à la température θ1=30C. 
 
Il est plongé dans un calorimètre, de capacité thermique négligeable, contenant une masse m2=200g d'eau à la température initiale θ2=4C.
 
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=150JK1 contient une masse m1=200g d'eau à la température initiale θ1=50C.
 
On y place un glaçon de masse m2=160g sortant du congélateur à la température θ2=23C.
 
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 m1=250g d'eau. 
 
La température initiale de l'ensemble est θ1=18C. 
 
On ajoute une masse m2=300g d'eau à la température θ2=80C.
 
1) Quelle serait la température d'équilibre thermique θe 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 θe=50C. 
 
Déterminer la capacité thermique C du calorimètre et de ses accessoires.

Données :

Masse volumique de l'eau : μ=1000kgm3.
 
Capacité thermique massique de l'eau : ce=4185Jkg1K1.
 
Capacité thermique massique de la glace : cg=2090Jkg1K1.
 
Capacité thermique massique du fer : cFe=460Jkg1K1.
 
Chaleur latente massique de fusion de la glace : Lf=3.34105Jkg1.
 
Chaleur latente massique de solidification de l'eau : Ls=3.34105Jkg1.

Exercice 12

A. Mesure de la capacité thermique d'un calorimètre.
 
On verse un volume V0=200mL d'eau dans un calorimètre et on mesure la température de l'ensemble après quelques minutes : θ0=20.0C. 
 
On ajoute alors au contenu du calorimètre une masse : m=250g d'eau à la température : θ1=60.0C.
 
1. Déterminer la valeur θ2 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 : θ2=38.0C.
 
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 Lv de vaporisation de l'eau.
 
On verse un volume V0=450mL d'eau dans un calorimètre de capacité thermique μ=100JC1. 
 
On mesure la température de l'ensemble après quelques minutes : θ0=20.0C. 
 
On ajoute alors au contenu du calorimètre une masse : m=20.0g de vapeur d'eau à la température : θ3=100C. 
 
Toute la vapeur se condense. 
 
Après équilibre thermique, on mesure une température de l'ensemble {eau liquide + calorimètre} de θ4=45.2C.
 
1. Exprimer, en fonction des données, l'énergie thermique échangée par le calorimètre et les 450mL d'eau liquide.
 
Quelle est le signe de cette énergie ?
 
2. Exprimer, en fonction des données et de Lv, l'énergie thermique échangée par la vapeur d'eau.
 
Quel est le signe de cette énergie ?
 
3. Calculer une valeur numérique de Lv.

Données : 

Ceau4 180Jkg1C1 ;
 
Cvapeur d'eau1 410Jkg1C1.

Correction des exercices

Commentaires

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Pourriez vous m’aidez à résoudre cet exercice? On introduit 0,300 kg de fer( chaleur massique=460 Joule/kg•C à 320•C dans 3,000kg de mercure ( chaleur massique = 138 Joule/kg•C ) à 16•C . Quelle sera la température du mercure?

bonjour monsieur le président de la

Comment vous pouvez utiliser C=32,3 alors qu'il n'est pas censé etre là dans la 1ere question. Il est négligeable

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