Série des exercices sur les échanges thermique avec sa
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DONNEES :
Chaleurs
massiques : eau : 4185 J.kg-1.K-1
cuivre
: 395 J.kg-1.K-1
laiton
: 376 J.kg-1.K-1
Chaleur
latente de fusion de la glace : 330 kJ/kg
Chaleur
latente de vaporisation de l’eau : 2,26.103 kJ/kg
EXERCICE 1 :
1.
Calculer la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 20°C à 80°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 réchaud électrique possède une puissance P
= 1000 W . Il sert à chauffer un volume
V =
1 L d’eau de 14°C à l’ébullition. Sachant que 60% de la chaleur dégagée par le
réchaud est
emmagasinée
par l’eau, calculer la durée du chauffage.
EXERCICE 3 :
Quelle
masse m de glace pourrait-on faire fondre si on pouvait transformer
intégralement
en
chaleur l’énergie potentielle d’une masse m’ = 300 kg située à l’altitude z = 5
m ?
EXERCICE 4 :
A
une masse m1 = 100 g d’eau à q1 =
10°C on ajoute une masse m2 = 60
g d’eau à
q2 = 55°C .Calculer la température finale du mélange.
EXERCICE 5 :
Dans
un calorimètre de capacité calorifique Ccal =
125 J/K et contenant une masse
m1 =
200 g d’eau à q1 =
30°C , on introduit une masse mg de
glaçons à qg =
0°C . La température
finale
vaut qf = 5°C .
Calculer
mg .
EXERCICE 6 :
Un
calorimètre contient une masse m1 = 95
g d’eau à q1 =
20°C . On ajoute une masse
d’eau
m2 = 100 g d’eau à q2 =
50°C .
1.
Si on néglige l’intervention du calorimètre , calculer la température finale qf .
2.
En réalité la température finale vaut qf‘=
31,3°C . Calculer la valeur en eau μ .
EXERCICE 7 :
1. Dans un calorimètre, à la température
ambiante qa =
15,5°C on verse une masse d’eau
me = 90
g d’eau à qe =
25°C . La température d’équilibre vaut q1 =
24,5°C . Calculer la valeur en eau μ
du
calorimètre.
2.
Immédiatement après, on plonge dans l'eau du calorimètre une masse platine mp =
100 g à qp =
104°C
. La nouvelle température d’équilibre q2 =
27,7°C . Calculer la chaleur massique du platine.
3.
Dans la foulée, on ajoute une masse m = 23 g d’eau à la température ambiante qa . Calculer la
température
finale q3 .
EXERCICE:
Dans un calorimètre en cuivre de masse mc =
100 g et qui contient une masse d’eau
me =
200 g à qe =
4°C , on introduit une masse m1 =
300 g de cuivre à q1 = -
20°C.
1.
On agite pour atteindre l'équilibre thermique : calculer la température finale qf .
2.
Montrer que si le cuivre introduit est à la température q2 = - 50°C , une partie de l’eau congèle .
Calculer
la masse de glace formée mg .
EXERCICE:
dans l’enceinte adiabatique d’un calorimètre à
la température qc =
15°C , on introduit un
bloc
de cuivre de masse m1 = 200 g à la
température q1 =
100°C . La température finale vaut
qf = 20°C .
1.
Calculer la capacité calorifique Ccal du
calorimètre .
2.
On introduit d’autre part, dans une expérience similaire, une masse m2 =
100 g d’alliage pris à
q2 = 100°C . La température finale est la même . Calculer la chaleur
massique de l’alliage .
EXERCICE:
Une
masse me = 200 g d’eau à qe =
20°C se trouve dans un calorimètre de capacité
calorifique
Ccal = 140 J/K .
1.
On introduit une masse m1 = 30 g de glaçons à q1 = 0°C .Calculer la température finale qf .
2.
On introduit une masse supplémentaire m2 = 50
g de glaçons. Répondre à la même question .
EXERCICE:
La combustion d’une mole de butane libère 2860
kJ . Calculer le pouvoir calorifique du
butane
PC , exprimé en kJ/kg .
EXERCICE:
Calculer
le rendement h d’un
moteur à explosion de puissance P = 35 ch DIN.
(1ch
= 736 W). Ce moteur consomme 12 L d’essence par heure.
L’essence
possède les caractéristiques : - densité : d = 0,70 - pouvoir calorifique : PC = 55
kJ/g
EXERCICE 13 :
Une
chaudière a un rendement h =
60% . Le foyer est alimenté par du charbon (carbone)
de
pouvoir combustible PC = 33,4 kJ/g . Ce
foyer chauffe un réservoir d’eau de volume V = 1000 L
pour
amener l’eau de 20°C à 90°C .
1. A
l’aide d’un schéma annoté, expliquer la signification du rendement h .
2.
Calculer la masse m de charbon utilisé.
EXERCICE 14 :
pour mesurer le pouvoir calorifique PC 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 : q0 =
18,3 °C et après la combustion : q1 =
21,4 °C
Déduire
de cette expérience la capacité calorifique C du calorimètre + récipient .
2.
On brûle m = 1 g de houille, de pouvoir calorifique inconnu PC’ ,
et on note la température
du
calorimètre : avant la combustion : q0 =
18,3 °C et après la combustion : q2 =
20,8 °C
Déterminer
l’expression littérale de PC’ ,
puis faire l’application numérique.
EXERCICE 15 :
dans un calorimètre en laiton, de masse 200 g
, contenant 482 g d’eau à 16°C , on fait
arriver
un courant de vapeur d’eau à 100°C . Au bout de quelques minutes, on coupe
l’arrivée de
vapeur
d’eau. Le thermomètre indique alors une température finale de 30,6 °C . La
masse totale du
calorimètre
et de l’eau, en fin d’expérience, est de 694 g .
Calculer,
à partir de cette expérience, la chaleur latente de vaporisation de l’eau à
100°C .
EXERCICE 16 :
un calorimètre contient 478 g d’un mélange
d’eau et de glace à 0°C .
La
capacité calorifique du calorimètre vaut Ccal = 92
J/K .
On
envoie dans ce calorimètre de la vapeur d’eau , à 100°C sous la pression
normale . Lorsque la
masse
du calorimètre a augmenté de 21 g , la température finale est de 12°C .
Déduire, de cette expérience, la masse initiale de glace mg .
La source de cette série :
claude.jeuch.free.fr
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