15 exemples de chaleur et de changements d'état
Discussion des problèmes liés à la chaleur
1. Pour augmenter la température de l'eau de mer de 1 °C, il faut fournir 3 3900 joules de chaleur . Si la chaleur spécifique de l'eau de mer est de 3,9 × 10³ J /kg°C, alors la masse d'eau de mer est de…
A. 100 kg
B. 10 kg
Environ 1 kg
D. 0,1 kg
Discussion
Il est connu que :
Variation de température ( ΔT ) = 1 ° C
Chaleur (Q) = 3900 Joules
Chaleur spécifique de l'eau de mer (c) = 3,9 x 10³ J /kg°C = 3900 J/kg°C
Question : Masse d'eau de mer (m)
Répondre :
Formule de chauffage :
Q = mc Δ T
Description : Q = chaleur, m = masse, c = chaleur spécifique, ΔT = variation de température
m = Q / c ΔT = 3900 / (3900)(1) = 3900 / 3900 = 1
La masse d'eau de mer (m) est donc de 1 kilogramme.
La bonne réponse est C.
2. Du cuivre de 2 kg à une température de 30 °C reçoit 39 000 J de chaleur. Si la chaleur spécifique du cuivre est de 390 J/kg °C, alors sa température finale est de…
A. 80°C
B. 50°C
C. 30°C
D. 20°C
Discussion
Il est connu que :
Masse (m) = 2 kg
Température initiale (T1 ) = 30 ° C
Chaleur absorbée (Q) = 39 000 joules
Chaleur spécifique (c) du cuivre = 390 J/kg ° C
Question : Température finale du cuivre (T 2 )
Répondre :
Formule de chauffage :
Q = mc ΔT
Description : Q = chaleur, m = masse, c = chaleur spécifique, ΔT = variation de température
Q = mc ΔT = mc (T 2 – T 1 )
39 000 = (2)( 390)(T 2 – 30)
100 = (2)(1)(T 2 – 30)
100 = (2)(T 2 – 30)
50 = T 2 – 30
T 2 = 50 + 30
T₂ = 80 ° C
La bonne réponse est A.
3. Pour élever la température de 5 kg d'eau de 15 °C à 40 °C, la quantité de chaleur nécessaire est de…
(chaleur spécifique de l'eau 4,2 × 10³ J /kg°C)
A. 525.000 J
B. 420.000 J
C. 150.000 J
D. 21.000 J
Discussion
Il est connu que :
Masse (m) = 5 kg
Température initiale (T1 ) = 15 °C
Température finale (T 2 ) = 40°C
Chaleur spécifique de l'eau (c) = 4,2 × 10³ J /kg°C
Question posée : Chaleur (Q)
Répondre :
Formule de chauffage :
Q = mc ΔT
Q = (5 kg)( 4,2 × 10 3 J/kg°C)(40°C – 15°C)
Q = (5)( 4,2 × 10 3 J)(25)
Q = 525 x 10³ J
Q = 525.000 joules
La bonne réponse est A.
4. On chauffe 2 kg d'eau initialement à 24 °C jusqu'à 90 °C. Si sa capacité thermique massique est de 4 200 joules/kg°C, la quantité de chaleur absorbée par l'eau est de…
A. 336.000 Joules
B. 259.200 Joules
C. 554.400 Joules
D. 543.600 Joules
Discussion
Il est connu que :
Masse d'eau (m) = 2 kg
Température initiale (T1 ) = 24 °C
Température finale (T 2 ) = 90°C
Chaleur spécifique de l'eau (c) = 4 200 joules/kg°C
Question : La chaleur (Q) reçue par l'eau est…
Répondre :
Calories :
Q = m c ΔT
Q = (2 kg)( 4 200 Joules/kg°C)(90°C – 24°C)
Q = (2 kg)( 4 200 Joules/kg°C)(66°C)
Q = (132)( 4 200 Joules)
Q = 554.400 joules
La bonne réponse est C.
5. On chauffe 5 grammes d'eau de 10 °C à 40 °C. Si la chaleur spécifique de l'eau est de 1 cal/g °C, la quantité de chaleur nécessaire pour élever sa température est de…
A. 100 calories
B. 3 000 calories
Environ 4 000 calories
D. 7 125 calories
Discussion
Il est connu que :
Masse (m) = 5 grammes
Température initiale (T1 ) = 10 ° C
Température finale (T2 ) = 40 ° C
Chaleur spécifique de l'eau (c) = 1 cal/gr°C
Question : Quelle est la chaleur nécessaire pour élever la température de l'eau ?
Répondre :
Formule de chauffage :
Q = mc ΔT
Q = (5 grammes)( 1 cal/ g°C)(40 ° C – 10 ° C)
Q = (5)( 1 cal)(30)
Q = 150 calories
La bonne réponse est B.
6. Le meilleur conducteur de chaleur est...
A. aluminium
B. mercure
C. fer
D. verre
Discussion
La capacité d'un matériau à conduire la chaleur dépend de sa nature. La grandeur physique qui caractérise cette capacité est appelée conductivité thermique. Plus la conductivité thermique est élevée, meilleur est le pouvoir conducteur de chaleur du matériau.
Vous trouverez ci-dessous les valeurs de conductivité thermique de plusieurs matériaux :
Aluminium = 200 J/ms C o
Fer = 40 J/ms C o
Mercure = 8,30 J/ms C o
Verre = 0,84 J/ms C o
D'après les données ci-dessus, l'aluminium présente la plus grande valeur de conductivité thermique.
La bonne réponse est A.
7. On chauffe 0,2 kg d'eau à une température de 25 ° C avec une énergie de 42 000 joules. Si la capacité thermique massique de l'eau est de 4 200 J/kg ° C, alors la température finale de l'eau est de…
A. 100 ° C
B. 80 ° C
C. 75 ° C
D. 50 ° C
Discussion
Toutes les unités sont exprimées en unités internationales, à l'exception des unités de température qui utilisent encore le degré Celsius car la chaleur utilise l'unité J/kg ° C.
Il est connu que :
Masse d'eau (m) = 0,2 kg
Chaleur (Q) = 42.000 Joules
Chaleur spécifique de l'eau (c) = 4 200 J/kg ° C
Température initiale (T1 ) = 25 ° C
Question : Température finale (T 2 )
Répondre :
Formule de chauffage :
Q = mc ΔT = mc (T 2 – T 1 )
Description de la formule :
Q = chaleur, m = masse, c = chaleur spécifique, ΔT = variation de température, T₁ = température initiale, T₂ = température finale
La température finale de l'eau est :
Q = mc (T 2 – T 1 )
42 000 = (0,2)(4200)(T 2 – 25)
42 000 = 840 (T 2 – 25)
42 000 = 840 T 2 – 21 000
42 000 + 21 000 = 840 T 2
63 000 = 840 T 2
T 2 = 63 000 / 840
T2 = 75 ° C
La bonne réponse est C.
Changements de température et changements de forme
8. D'après le graphique, la quantité de chaleur nécessaire pour 5 kg d'eau lors de la transformation de C à D (chaleur spécifique de l'eau = 4 200 J/kg ° C) est…
A. 210.000 J
B. 420.000 J
C. 21.000.000 J
D. 42.000.000 J
Discussion
Il est connu que :
Masse d'eau (m) = 5 kg
Chaleur spécifique de l'eau (c) = 4 200 J/kg ° C
Température initiale (T1 ) = 0 ° C
Température finale (T2 ) = 10 ° C
Variation de température ( ΔT) = 10 ° C – 0 ° C = 10 ° C
Question : Chaleur absorbée (Q)
Répondre :
Formule de chauffage :
Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg ° C)( 10 ° C) = (5)(4200 J)( 10 ) = (50)(4200 J) = 210 000 joules
La bonne réponse est A.
9. Regardez le graphique sur le côté ! La quantité de chaleur nécessaire pour transformer 200 grammes de glace du processus A en C, si la chaleur spécifique de la glace est de 2100 J/kg o C et que la chaleur de fusion de la glace est de 336 000 J/kg est de…..
A. 4.200 Joules
B. 67.200 Joules
C. 71.400 Joules
D. 75.600 Joules
Discussion
Il est connu que :
Toutes les unités doivent être exprimées dans le Système international d'unités.
Masse de glace (m) = 200 grammes = 200/1000 kilogrammes = 0,2 kilogrammes
Chaleur spécifique (c) = 2100 J/kg ° C
Chaleur de fusion de la glace (L F ) = 336 000 J/kg
Question : Quelle quantité de chaleur est nécessaire pour passer de A à C ?
Répondre :
Dans le processus A à B, la chaleur est absorbée par la glace pour augmenter sa température de -10 ° C à 0 ° C.
La quantité de chaleur absorbée lors du passage de A à B est calculée à l'aide de la formule de la chaleur :
Q = mc ΔT
Description de la formule : Q = chaleur absorbée, m = masse de glace, c = chaleur spécifique de la glace, ΔT = variation de température
La quantité de chaleur absorbée est donc :
Q₁ = mcΔT = (0,2)( 2100)(0-(-10)) = ( 0,2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 joules
Lors des transformations B et C, la chaleur est absorbée pour faire fondre toute la glace et la transformer en eau. Ce processus n'entraîne qu'un changement d'état, sans variation de température. La température de la glace et de l'eau reste à 0 ° C.
La quantité de chaleur absorbée lors du passage de B à C est calculée à l'aide de la formule de la chaleur :
Q₂ = mLF = (0,2 kg)( 336 000 J/kg) = 67 200 joules
La quantité de chaleur absorbée lors du processus A à C :
Q = Q₁ + Q₂ = 4200 joules + 67200 joules = 71400 joules
La bonne réponse est C.
10. Regardez le graphique des résultats expérimentaux suivant !
Si l'on chauffe 2 kg d'eau, sachant que la chaleur de la vapeur d'eau est de 2,27 × 10⁶ J /kg, que la chaleur spécifique de l'eau est de 6 4.200 J/kg ° C et que la pression atmosphérique est de 1 atmosphère, alors la quantité de chaleur nécessaire pour la transformation de B à C est de…
A. 3 360 kilojoules
B. 4 540 kilojoules
C. 4 876 kilojoules
D. 5.212 kilojoules
Discussion
Il est connu que :
Masse d'eau (m) = 2 kg
Chaleur de la vapeur d'eau (L<sub> V</sub> ) = 2,27 x 10 <sup>6 </sup> J/kg
Chaleur spécifique de l'eau (c) = 4 200 J/kg ° C
Question : La quantité de chaleur absorbée pour le processus de B à C.
Répondre :
Dans le processus A à B, la chaleur absorbée par l'eau est utilisée pour élever sa température de 60 ° C à 100 ° C. À une pression atmosphérique de 1 atmosphère, la température d'ébullition de l'eau est de 100 ° C et, une fois cette température atteinte , l'eau ne subit plus de variations de température mais passe de l'état liquide à l'état gazeux.
Dans les procédés B à C, la chaleur absorbée est utilisée pour vaporiser toute l'eau. La quantité de chaleur absorbée est calculée à l'aide de la formule :
Q = m L V = (2 kg)(2,27 x 10⁶ J /kg) = 4,54 x 10⁶ joules = 4540 x 10³ joules = 4540 kilojoules
La bonne réponse est B.
11.
Portez attention au graphique suivant
On chauffe de la glace d'une masse de 50 grammes à partir de -5 °C.oC à l'eau à une température de 60oEau à température ambiante. Si la chaleur de fusion de la glace est de 80 cal/gramme, sa chaleur spécifique est de 0,5 cal/gramme. oC, chaleur spécifique de l'eau = 1 cal/gramme oC, alors la quantité de chaleur requise pendant le processus de C à D est….
A. 125 calories
B. 3 000 calories
Environ 4 000 calories
D. 7 125 calories
Discussion
Il est connu que :
Masse de glace (m es) = 50 grammes
Température de la glace (T es) = -5 oC
Chaleur spécifique de la glace (c es) = 0,5 cal/gramme oC
Chaleur de fusion de la glace (L glace) = 80 cal/gramme
Température de l'eau (T eau) = 60 oC
Chaleur spécifique de l'eau (c<sub>eau</sub>) = 1 cal/gramme oC
Question : Quelle quantité de chaleur est nécessaire pour passer de C à D ?
Répondre :
Lors du passage de A à B, la température de la glace passe de -5 oC devient 0 oC
Lors du passage de B à C, toute la glace se transforme en eau (le solide devient liquide). Durant ce processus, la température reste constante.
Dans le processus C à D, la température de l'eau passe de 0 oC devient 60 oC
Chaleur requise pour le passage de A à B :
Q = mc ΔT
Q = (mes)(ces)(0 – Tes)
Q = (50)(0,5)(0-(-5)) = (50)(0,5)(5) = 125 calories
Chaleur requise pour le passage de B à C :
Q = m L
Q = mes Les
Q = (50)(80) = 4000 calories
Chaleur requise pour le processus C à D :
Q = mc ΔT
Q = (mair)(cair)(Tair - 0)
Q = (50)(1)(60-0) = (50)(1)(60) = 3000 calories
Chaleur requise dans les procédés A à D :
Q = 125 + 4000 + 3000
Q = 7125 calories
L'auteur calcule la quantité de chaleur nécessaire à chaque transformation afin de vous aider à comprendre comment résoudre ce type de problème. La question porte sur la quantité de chaleur nécessaire pour passer de la transformation C à la transformation D.
La bonne réponse est B.
12.
D'après le graphique situé à côté du nombre de calorique 3 kg de glace sont nécessaires dans le processus ABC… (chaleur spécifique es = 2 100 J/kgoC, chaleur de fusion es = 336 000 J/kg)
A. 630 kJ
B. 819 kJ
C. 1071 kJ
D. 3276 kJ
Discussion
Le graphique ci-dessus illustre le processus de transformation de la glace en eau.
Dans le procédé AB, on utilise la chaleur pour élever la température de la glace de -10 °C à -10 °C.oC à 0oC.
Q = mc (delta T)
Q = (3)(2100)(0-(-10)) = (3)(2100)(10) = 63 000 Joules = 63 kJ (kJ = kilojoules)
Dans le procédé BC, on utilise la chaleur pour faire fondre toute la glace et la transformer en eau. La température de la glace reste constante.
Q = m LF
Q = (3)(336 000) = 1 008 000 joules
La quantité de chaleur nécessaire à la formation de glace dans le procédé ABC est :
63 kJ + 1 008 kJ = 1 071 kJ
La bonne réponse est C.
13.
Observez attentivement la courbe de chauffage de 500 grammes de glace à une température de -10oC ci-dessous ! Si la chaleur spécifique de la glace est de 2100 J/kgoC, chaleur spécifique de l'eau 4 200 J/kgoSachant que la température est de C et que la chaleur de fusion de la glace est de 336 000 J/kg, quelle quantité de chaleur est nécessaire pour la transformation de BCD ?
A. 31.500 J
B. 63.000 J
C. 168.000 J
D. 231.000 J
Discussion
La masse de la glace est exprimée en grammes ; convertissez-la donc en kilogrammes (unités internationales). 500 grammes = 0,5 kg.
Dans le procédé BC, on utilise la chaleur pour faire fondre toute la glace et la transformer en eau.
Q = m LF
Q = (0,5)(336 000) = 1 008 000 joules
Dans le procédé CD, la chaleur est utilisée pour élever la température de l'eau de 0oC à 30oC
Q = mc (delta T)
Q = (0,5)(4200)(30-0) = (0,5)(4200)(30) = 63 000 joules
Quantité de chaleur nécessaire à la formation de glace dans le procédé BCD :
168.000 joules + 63.000 joules = 231.000 joules
La bonne réponse est D.
14.
Observez le graphique de chauffage de 1 kg de glace ci-dessous ! Si la chaleur spécifique de la glace est de 2 100 J/kgoC, la chaleur de fusion de la glace est de 336 000 J/kg et la chaleur spécifique de l'eau est de 4 200 J/kgoC, alors la chaleur requise dans le processus PQR est…
A. 10.500 J
B. 21.000 J
C. 336.000 J
D. 346.500 J
Discussion
Dans le procédé PQ, la chaleur est utilisée pour élever la température de la glace de -5 °C à -5 °C.oC à 0oC
Q = mc (delta T)
Q = (1)(2100)(0-(-5)) = (1)(2100)(5) = 10 500 joules
Dans le procédé QR, la chaleur est utilisée pour faire fondre toute la glace et la transformer en eau.
Q = m LF
Q = (1)(336 000) = 1 008 000 joules
La quantité de chaleur nécessaire à la formation de glace dans le procédé PQR est :
10.500 joules + 336.000 joules = 346.500 joules
La bonne réponse est D.
15. Regardez le graphique de chauffage pour 1 kg de glace ci-dessous !
Si la chaleur spécifique de la glace est de 2 100 J/kg ° C, sa chaleur de fusion de 336 000 J/kg et celle de l’eau de 4 200 J/kg ° C, alors la chaleur requise pour la réaction PQR est de…
A. 10.500 J
B. 21.000 J
C. 336.000 J
D. 346.500 J
Discussion
Il est connu que :
Masse de glace = 1 kg
Chaleur de fusion de la glace (L F ) = 336 000 J/kg
Chaleur spécifique de la glace (c es) = 2 100 J/kg ° C
Chaleur spécifique de l'eau (c<sub>eau</sub>) = 4 200 J/kg ° C
Question : Quelle chaleur est nécessaire au procédé PQR ?
Répondre :
Dans le procédé P à Q, la chaleur est utilisée pour augmenter la température de la glace de -5 ° C à 0 ° C. La chaleur est calculée à l'aide de la formule : Q = mc ΔT, où Q = chaleur, m = masse de glace, c = chaleur spécifique de la glace, ΔT = variation de température de -5 ° C à 0 ° C.
Chaleur requise dans le processus P à Q :
Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 Joules
Dans le procédé Q à R, la chaleur est utilisée pour faire fondre toute la glace et la transformer en eau. La température reste constante. La chaleur est calculée à l'aide de la formule : Q = m L F , où Q représente la chaleur, m la masse de glace et L F l'enthalpie de fusion de la glace.
Chaleur requise dans le processus Q à R :
Q = m L F = (1)(336 000) = 336 000 Joules
Calories totales :
10 500 + 336 000 = 346 500 joules
La bonne réponse est D.
Source de la question :
Questions d'examen national de sciences pour le collège/collège islamique
