Exemples de questions sur la température et la chaleur

15 exemples de questions sur la température et la chaleur

Étalonnage du thermomètre

1. Un thermomètre étalonné X indique -30 ^°C pour le point de congélation de l'eau et 90 ^°C pour son point d'ébullition. Une température de 60 ^°C pour X correspond à…

A. 20 ^° C

B. 45 ^° C

C. 50 ^° C

D. 75 ^° C

E. 80 ^° C

Discussion

Il est connu que :

Point de congélation de l'eau sur le thermomètre X = -30 ^°C

Le point d'ébullition de l'eau sur le thermomètre X = 90 ^°C

Question : 60 ^° X = … ^° C

Répondre :

Sur l'échelle Fahrenheit, le point de congélation de l'eau est de 32 ^° F et son point d'ébullition est de 212 ^° F. Entre le point de congélation et le point d'ébullition de l'eau, il y a une différence de 212 ^°F – 32 ° ^F = 180 ^°F.

Sur l'échelle Celsius, le point de congélation de l'eau est de 0 ^° C et son point d'ébullition est de 100 ^° C. Entre le point de congélation et le point d'ébullition de l'eau, il y a une différence de 100 ^°C – 0 ^°C = 100 ^°C.

Sur l'échelle X, le point de congélation de l'eau est de -30 ^o X et le point d'ébullition de l'eau est de 90 ^o X. Entre le point de congélation et le point d'ébullition de l'eau, il y a une différence de 90 ^o – (-30 ^o ) = 90 ^o + 30 ^o = 120 ^o.

Convertir l'échelle X en échelle Celsius :

La bonne réponse est D.

Pemuaian

2. Une barre métallique est chauffée à une température de 80 ^° C et sa longueur devient 115 cm. Si le coefficient de dilatation linéaire du métal est de 3.10⁻³ ^{° C⁻¹} et que la température initiale du métal est de 30 ^° C, alors la longueur initiale du métal est de ^…

A. 100 cm

B. 101,5 cm

C. 102 cm

P. 102,5 cm

E. 103 cm

Discussion

Il est connu que :

Température initiale (T1 ₎ = 30 ^° C

Température finale (T2 ₎ = 80 ^° C

Variation de température (ΔT) = 80 ^° C – 30 ^° C = 50 ^° C

^Le coefficient de dilatation linéaire du métal (α) = ^{3.10⁻³ °} C⁻¹

Longueur finale du métal (L) = 115 cm

Recherche : Longueur initiale du métal (L _o )

Répondre :

Formule d'allongement :

La bonne réponse est A.

3. Une tige de laiton mesure initialement 40 cm de long. Chauffée à une température de 80 ^° C, sa longueur devient 40,04 cm. Si le coefficient de dilatation linéaire du laiton est de 2,0 x 10⁻⁵ ^{° C⁻¹} , ^alors la température initiale de la tige de laiton est de…

A. 20 ^° C

B. 22 ^° C

C. 25 ^° C

D. 30 ^° C

E. 50 ^° C

Discussion

Il est connu que :

Température finale (T2 ₎ = 80 ^° C

Longueur initiale (L _{_o} ) = 40 cm

Longueur finale (L) = 40,04 cm

Augmentation de longueur (ΔL) = 40,04 cm – 40 cm = 0,04 cm

^Le coefficient de dilatation linéaire du laiton (α) = 2,0 x ^{10⁻⁵ °} C⁻¹

Question : Température initiale (T ₁ )

Répondre :

Formule de dilatation des métaux :

0,04 = (2,0 x 10 ^-5 )(40)(80 – T ₁ )

0,04 = (80 x 10 ^-5 )(80 – T ₁ )

0,04 = 0,0008 (80 – T ₁ )

0,04 = 0,064 – 0,0008 T ₁

0,0008 T ₁ = 0,064 – 0,040

0,0008 T ₁ = 0,024

T1 = ₃₀ ^° C

La bonne réponse est D.

Transfert de chaleur par conduction

4. Des tiges métalliques de même diamètre, mais constituées de métaux différents, sont assemblées comme illustré ci-dessous. Si la conductivité thermique du métal I est quatre fois supérieure à celle du métal II, alors la température à la jonction des deux métaux est…

A. 45⁰ C

B. 40 ⁰ ​​​​C

C. 35 ⁰ C

D. 30 ⁰ C

E. 25 ⁰ C

Discussion

Il est connu que :

Même taille de tige

Conductivité thermique du métal I = 4 kΩ

Conductivité thermique du métal II = k

Température de la pointe métallique I = 50 ^° C

Température de l'extrémité métallique II = 0 ^° C

Question posée : Température à la jonction des deux métaux

Répondre :

Formule du taux de transfert de chaleur par conduction :

Description : Q/t = flux thermique, k = conductivité thermique, A = surface d’échange, T₁ _- T₂ ₌ variation de température, l = longueur de la tige

Température au plan frontière P et Q :

Deux tiges métalliques A et B sont de même taille, donc la surface (A) et la longueur (l) des tiges sont éliminées de l'équation.

La bonne réponse est B.

5. Faites attention à la déclaration suivante !

(1) Conductivité du métal

(2) La différence de température entre les extrémités métalliques

(3) Longueur du métal

(4) Masse métallique

Les facteurs qui déterminent la vitesse de propagation de la chaleur dans un métal sont...

A. (1), (2) et (3)

B. (1) et (4)

C. (2) et (4)

D. (3) et (4)

E. (4) seulement

Discussion

D'après la formule du coefficient de transfert thermique par conduction, les facteurs déterminant ce coefficient sont la conductivité du métal (k), la différence de température entre ses extrémités (T) et sa longueur (l). La masse du métal est sans incidence.

La bonne réponse est A.

6. Deux tiges PQ de même diamètre, mais constituées de métaux différents, sont assemblées comme illustré ci-dessous. Si le coefficient de conduction thermique P est le double du coefficient de conduction thermique Q, alors la température à l'interface entre P et Q est…

A. 84°C

B. 78°C

C. 72°C

D. 70°C

E. 90°C

Discussion

Il est connu que :

Les tiges PQ ont la même taille.

Coefficient de conduction thermique du métal P (k _P ) = 2k

Coefficient de conduction thermique du métal Q (k _Q ) = k

Question : Température au plan frontière P et Q

Répondre :

Formule du taux de transfert de chaleur par conduction :

Description : Q/t = flux thermique, k = conductivité thermique, A = surface d’échange, T₁ _- T₂ ₌ variation de température, l = longueur de la tige

Température au plan frontière P et Q :

Les tiges PQ sont de même taille, donc A et l sont éliminés de l'équation.

Il n'y a pas de bonne réponse.

Changement de forme

7. On mélange 1 kg de glace à une température de 0 ^{° C avec 0,5 kg d'eau à une température de 0 °} C, puis…

A. Une partie de l'eau gèle

B. une partie de la glace fond

C. toute la glace fond

D. Toute l'eau gèle

E. La masse de glace dans l'eau reste constante

Discussion

Le mot glace désigne l'eau à l'état solide, tandis que le mot eau désigne l'eau à l'état liquide.

À 0 ^° C, la glace passe de l'état solide à l'état liquide. Pour ce changement d'état, la glace doit absorber de la chaleur. Comme elle est mélangée à de l'eau, elle devrait absorber de la chaleur de cette dernière. Cependant, l'eau étant également à 0 ^° C, la glace ne peut absorber aucune chaleur. Par conséquent, la masse de glace dans l'eau reste constante.

La bonne réponse est E.

Principe Noir

8. Dans un récipient en fer de 200 grammes, on trouve 100 grammes d'huile à 20 ^° C. On y introduit ensuite 50 grammes de fer à 75 ^° C. Si la température du récipient augmente de 5 ^° C et que la chaleur spécifique de l'huile est de 0,43 cal/g ^° C, alors la chaleur spécifique du fer est de…

A. 0,143 cal/g ^° C

B. 0,098 cal/g ^° C

C. 0,084 cal/g ^o C

D. 0,075 cal/g ^° C

E. 0,064 cal/g ^° C

Discussion

Il est connu que :

Masse du récipient en fer (m) = 200 g

Température initiale du récipient en fer (T1 ₎ = 20 ^° C

L'huile se trouve dans le récipient en fer, donc la température de l'huile est égale à la température du récipient en fer.

Température finale du récipient en fer (T₂ ₎ = 20 ^° C + 5 ^° C = 25 ^° C

Masse d'huile (m) = 100 grammes

Chaleur spécifique de l'huile (c huile) = 0,43 cal/g ^° C

Température initiale de l'huile (T1 ₎ = 20 ^° C

L'huile se trouve dans un récipient en fer, de sorte qu'elle soit en équilibre thermique avec ce récipient. Ainsi, si la température finale du récipient en fer est de 25 ^° C, la température finale de l'huile sera également de 25 ^° C.

Température finale de l'huile (T2 ₎ = 20 ^° C + 5 ^° C = 25 ^° C

Masse de fer (m) = 50 grammes

Température initiale du fer (T1 ₎ = 75 ^° C

Du fer est immergé dans de l'huile contenue dans un récipient ; il est donc en équilibre thermique avec l'huile et le récipient. Par conséquent, si la température finale du récipient est de 25 ^° C, la température finale du fer est également de 25 ^° C.

Question : Chaleur spécifique du fer (c fer)

Répondre :

Chaleur dégagée par le fer :

Q = mc ΔT = (50)(c)(75-25) = (50)(c)(50) = 2500c calories

Chaleur absorbée par le récipient en fer :

Q = mc ΔT = (200)(c)(25-20) = (200)(c)(5) = 1000c calories

Chaleur absorbée par l'huile :

Q = mc ΔT = (100)(0,43)(25-20) = (43)(5) = 215 calories

Le principe de Black stipule que dans un système fermé et isolé, la chaleur dégagée par un objet à haute température est absorbée par un objet à basse température.

Q libéré = Q absorbé

2500c = 1000c + 215

2500c – 1000c = 215

1500c = 215

c = 215/1500

c = 0,143 cal/g ^° C

La bonne réponse est A.

9. Un verre contenant 200 grammes d'eau à une température de 20 °C est rempli de 50 grammes de glace à une température de -2 °C. Si seul un échange de chaleur se produit entre l'eau et la glace, après l'atteinte de l'équilibre, on obtient les valeurs suivantes : (c_eau = 1 cal/g°C ; c _{_glace} = 0,5 cal/g°C ; L = 80 cal/g)

A. Toute la glace fond et la température est supérieure à 0°C

B. Toute la glace fond et la température est de 0°C

C. Toute la glace ne fond pas et la température est de 0°C

D. La température de l'ensemble du système est inférieure à 0 °C

E. Une partie de l'eau gèle et la température du système atteint 0 °C.

Discussion

Il est connu que :

Masse d'eau (m _eau ) = 200 grammes

Température de l'eau (T _{_eau} ) = 20 ^° C

Chaleur spécifique de l'eau (c _eau ) = 1 cal/gr°C

Masse de glace (m _es ) = 50 grammes

Température de la glace (T _{_es} ) = -2 ^° C

Chaleur spécifique de la glace (c _es ) = 0,5 cal/gr°C

Chaleur de fusion de l'eau (L) = 80 cal/gr

Répondre :

Chauffer pour élever la température de la glace de -2 ^° C à 0 ^° C :

Q = mc ΔT

Q = (50 grammes)(0,5 cal/gr°C)(0 ^° C – (-2 ^° C))

Q = (50)(0,5 cal)(2)

Q = 50 calories

Chauffer pour faire fondre toute la glace et la transformer en eau :

Q = m L = (50 grammes)(80 cal/gramme) = 4000 calories

Chauffer pour abaisser la température de toute l'eau de 20 ^° C à 0 ^° C :

Q = mc ΔT

Q = (200 grammes)(1 cal/gr°C)(0 ^° C – (20 ^° C))

Q = (200)(1 cal)(-20)

Q = -4000 calories

Un signe positif signifie que de la chaleur est ajoutée, un signe négatif signifie que de la chaleur est libérée.

Il faut 50 calories pour porter la température de la glace à 0 ^° C, et 4 000 calories pour la faire fondre complètement. La quantité totale de chaleur nécessaire est donc de 4 050 calories. La chaleur disponible correspond à la chaleur dégagée par l'eau, soit 4 000 calories.

On peut donc conclure que la chaleur disponible est insuffisante pour faire fondre toute la glace. La majeure partie de la glace a fondu, mais une petite portion reste intacte. Cette eau et la glace restante sont à 0 ^° C.

La bonne réponse est C.

10. Un morceau d'aluminium de 200 grammes à 20 ^° C est plongé dans un récipient d'eau contenant 100 grammes d'aluminium à 80 ^° C. Si la capacité thermique massique de l'aluminium est de 0,22 cal/g ^° C et celle de l'eau de 1 cal/g ^° C, alors la température finale de l'aluminium est proche de…

A. 20 ^° C

B. 42 ^° C

C. 62 ^° C

D. 80 ^° C

E. 100 ^° C

Discussion

Il est connu que :

Masse d'aluminium = 200 grammes

Température de l'aluminium = 20 ^° C

Masse d'eau = 100 grammes

Température de l'eau = 80 ^° C

Chaleur spécifique de l'aluminium = 0,22 cal/g ^° C

Chaleur spécifique de l'eau = 1 cal/g ^° C

Question : température finale de l'aluminium

Répondre :

L'aluminium étant dans l'eau, sa température finale est égale à la température finale de l'eau.

La chaleur dégagée par l'eau à température plus élevée (Q dégagée) = la chaleur absorbée par l'aluminium à température plus basse (Q absorbée)

m _eau c (ΔT) = m _aluminium c (ΔT)

(100)(1)(80 – T) = (200)(0,22)(T – 20)

(100)(80 – T) = (44)(T – 20)

8000 – 100T = 44T – 880

8000 + 880 = 44T + 100T

8880 = 144T

T = 62 ^° C

La bonne réponse est C.

11. Une pièce de 50 g initialement à 85 °C est plongée dans 50 g d'eau à 29,8 °C (chaleur spécifique de l'eau = 1 cal.g⁻¹ ^. °C⁻¹ ⁾ . Si la température finale est de 37 °C et que le récipient n'absorbe pas de chaleur, alors la chaleur spécifique du métal est de…

A. 0,15 cal.g ^-1 .°C ^-1

B. 0,30 cal.g ^-1 .°C ^-1

C. 1,50 cal.g ^-1 .°C ^-1

D. 4,8 cal.g ^-1 .°C ^-1

E. 7,2 cal.g ^-1 .°C ^-1

Discussion

Il est connu que :

Masse du métal (m _métal ) = 50 grammes

Température du métal = 85 ^° C

Masse d'eau (m _eau ) = 50 grammes

Température de l'eau = 29,8 ^° C

Chaleur spécifique de l'eau (c _eau ) = 1 cal.g ^-1 .°C ^-1

Température finale du mélange = 37 ^° C

Question : chaleur spécifique du métal (c métal)

Répondre :

La chaleur dégagée par le métal à température plus élevée (Q dégagée) = la chaleur absorbée par l'eau à température plus basse (Q absorbée)

m _métal c (ΔT) = m _eau c (ΔT)

(50)(c)(85 – 37) = (50)(1)(37 – 29,8)

(c)(85 – 37) = (1)(37 – 29,8)

48 c = 7,2

c = 0,15 cal.g ^-1 .°C ^-1

La bonne réponse est A.

12. Un glaçon de 50 g à 0 °C est plongé dans 200 g d'eau à 30 °C placée dans un récipient spécial. On suppose que le récipient n'absorbe pas de chaleur. Si la capacité thermique massique de l'eau est de 1 cal.g⁻¹ ^° C⁻¹ ^et l'enthalpie de fusion de la glace est de 80 cal.g⁻¹ ^, alors la température finale du mélange est de…

A. 5°C

B. 8°C

C. 11°C

D. 14°C

E. 17°C

Discussion

Il est connu que :

Masse de glace (m _es ) = 50 grammes

Température de la glace = 0°C

Masse d'eau (m _eau ) = 200 grammes

Température de l'eau = 30 ^° C

Chaleur spécifique de l'eau (c _eau ) = 1 cal.g ^{– 1} °C ^–1

Chaleur de fusion de la glace (L _glace ) = 80 cal.g ^–1

Question posée : température finale du mélange

Répondre :

Commencez par estimer l'état final :

La chaleur dégagée par l'eau pour abaisser sa température de 30 ^° C à 0 ^° C :

Q _{eau _libre} = m _{_eau} c _{_eau} (ΔT) = (200)(1)(30-0) = (200)(30) = 6000

La chaleur nécessaire pour faire fondre toute la glace :

Q _fusion = m _es L _es = (50)(80) = 4000

La chaleur nécessaire pour faire fondre toute la glace n'est que de 4000 J, alors que la quantité de chaleur disponible est de 6000 J. On peut en conclure que la température finale du mélange est supérieure à 0 ^° C.

Principe Noir :

Chaleur dégagée par l'eau = chaleur nécessaire pour faire fondre toute la glace + chaleur nécessaire pour élever la température de l'eau glacée

(m _eau )(c _eau )(ΔT) = (m _es )(L _es ) + (m _es )(c _eau )(ΔT)

(200)(1)(30-T) = (50)(80) + (50)(1)(T-0)

(200)(30-T) = (50)(80) + (50)(T-0)

6000 – 200T = 4000 + 50T – 0

6000 – 4000 = 50T + 200T

2000 = 250T

T = 2000/250

T = 8 ^° C

La bonne réponse est B.

Changements d'état de la matière

13. Le graphique ci-dessous illustre la relation entre la température (T) et la chaleur (Q) appliquée à 1 gramme de solide. La quantité de chaleur de vaporisation du solide est…
A. 60 calories/gramme
B. 70 calories/gramme
Environ 80 calories/gramme
D. 90 calories/gramme
E. 100 calories/gramme
Discussion :La chaleur de vaporisation est la quantité de chaleur absorbée (ou libérée) par 1 gramme d'un objet pour changer son état de liquide à gazeux (ou de gaz à liquide).
Est connu :
Chaleur absorbée ou dégagée : Q = 140 calories – 60 calories = 80 calories
Masse du solide : m = 1 gramme
Demandé :
Chauffage à la vapeur (L)_v) solides ?
Répondre :
Formule pour déterminer la chaleur de la vapeur :
Q = m L_v
Description : Q = chaleur absorbée ou dégagée, m = masse de substance, L_v = chaleur de la vapeur
L_v = Q / m
L_v = 80 calories / 1 gramme
L_v = 80 calories/gramme
La bonne réponse est C.

14. Ci-dessous figure un graphique de la chaleur en fonction de la température pour 1 kg de vapeur à pression normale. Le point d'ébullition de l'eau est de 2256 x 10³ J/kg et la chaleur spécifique de l'eau est de 4,2 x 10³ J/kg K, alors la chaleur libérée lors du passage de la vapeur à l'eau est de…
A. 4,50 × 10³ Joule
B. 5,20 × 10³ Joule
C. 2,00 × 10⁶ Joule
D. 2,26 × 10⁶ Joule
E. 4,40 × 10⁶ Joule

Discussion :
Est connu :
chaleur de vapeur ou chaleur d'ébullition (L)_v) = 2.256 × 10³ J / kg
Chaleur spécifique de l'eau (c) = 4200 J/kg K
Masse de vapeur (m) = 1 kg
Demandé :
Chaleur dégagée (Q) ?
Répondre :
Q = m L_v
Q = (1 kg)(2.256 x 10³ J/kg)
Q = 2256 x 10³ Joule
Q = 2,256 x 10⁶ Joule
La bonne réponse est D.

15. La quantité de chaleur absorbée pour élever la température de 2 kg d'eau de -2 °C à -2 °C. ^oC à 10 ^oC est… Chaleur spécifique de l'eau = 4 200 J/kg °C^ochaleur spécifique de la glace = 2 100 J/kg °C^o, chaleur de fusion de l'eau (L_F) = 334 000 J/kg
A. 760.400 J
B. 750.000 J
C. 668.000 J
D. 600.000 J
E. 540.000 J
Discussion :
Est connu :
Masse (m) d'eau = 2 kg
Température initiale (T) = -2 ^oC
Température finale (T) = 10 ^oC
Chaleur spécifique de la glace (c es) = 2100 J/kg °C^o
Chaleur spécifique de l'eau (c eau) = 4200 J/kg °C^o
Chaleur de fusion de l'eau (L)_F) = 334 000 J/kg
Demandé :
Chaleur absorbée (Q) ?
Répondre :
Variation de température de -2 ^oC à 10 ^oC passe par plusieurs étapes.
Étape 1, la température de la glace augmente de -2 ^oC à 0 ^oC (l'augmentation de la température de la glace s'arrête au point de congélation de l'eau, qui est de 0 ^oC)
Étape 2, toute la glace fond (l'état solide passe à l'état liquide à la température de congélation de l'eau, qui est de 0 °C). ^oC)
Étape 3, la température de l'eau augmente à nouveau à partir de 0 ^oC à 10 ^oC)
Donc, à partir d'une température de -2 ^oC à 0 ^oC, l'eau est encore à l'état solide. À la température 0 ^oC, il y a un changement d'état, de l'état solide à l'état liquide. Après ce changement d'état, la température de l'eau augmente à nouveau à partir de 0 ^oC à 10 ^oC.
Q₁ = (m)(c es)(delta T) = (2 kg)(2100 J/kg C^o)(dix ^oC – (-2 ^oC)) = (2)(4 200 J)(2) = 84 000 J
Q₂ = (m)(L_F) = (2 kg)(334 000 J/kg) = 668 000 J
Q₃ = (m)(c eau)(ΔT) = (2 kg)(4200 J/kg C^o)(dix ^oC - 0 ^oC)) = (2)(4 200 J)(10) = 84 000 J
Chaleur absorbée :
Q = Q₁ + Q₂ + Q₃
Q = 8 400 J + 668 000 J + 84 000 J
Q = 760.400 joules
La bonne réponse est A.

Source de la question :

Questions de physique pour l'examen national de fin d'études secondaires/professionnelles