Définition :
En calorimétrie, on attribue à chaque matériau, un nombre, nommé capacité thermique massique et noté \(C\).
Exemple :
Capacité thermique massique de : » l'eau liquide : \(c = 4\,180 \; \mathrm{J.kg^{-1}.K^{-1}}\) » l'eau solide : \(c = 2\,100 \; \mathrm{J.kg^{-1}.K^{-1}}\)
Capacité thermique massique du béton : \(c = 900 \; \mathrm{J.kg^{-1}.K^{-1}}\)
Capacité thermique massique du bois : \(c= 1\,700 \; \mathrm{J.kg^{-1}.K^{-1}}\)
Capacité thermique massique de l'air sec : \(c = 1\,005 \; \mathrm{J.kg^{-1}.K^{-1}}\)
Question⚓
Q1. Expliquer ce que signifie que la capacité thermique massique de l'eau a pour valeur \(4\ 180\ \mathrm{J.kg^{-1}.K^{-1}}\)
Question⚓
Q2. Quelle énergie thermique \(Q\) faut-il donner à \(1\ \mathrm{kg}\) d'eau liquide pour la faire monter de \(1\ \mathrm{^\circ C}\) ? Justifier.
Question⚓
Q3. Quelle énergie thermique \(Q\) faut-il donner à \(2\ \mathrm{kg}\) d'eau liquide pour la faire monter de \(1\ \mathrm{^\circ C}\) ?
Question⚓
Q4. Quelle énergie thermique \(Q\) faut-il donner à \(1\ \mathrm{kg}\) d'eau liquide pour la faire monter de \(3\ \mathrm{^\circ C}\) ?
Question⚓
Q5. Quelle énergie thermique \(Q\) faut-il donner à \(2\ \mathrm{kg}\) de béton pour le faire monter de \(3\ \mathrm{^\circ C}\) ?
Question⚓
Q6. En déduire l'expression de l'énergie \(Q\) reçue par un système (à fournir au système) de masse \(m\) pour le faire passer de \(T_i\) à \(T_f\). Donner les unités.
Applications directes
Question⚓
Q7. Calculer l'énergie \(Q\) que doit recevoir \(500 \ \mathrm{g}\) d'eau pour passer de \(25\ \mathrm{^\circ C}\) à \(50\ \mathrm{^\circ C}\).
Q8. Calculer l'énergie \(Q\) à fournir pour faire passer \(750 \ \mathrm{g}\) de béton de \(50\ \mathrm{^\circ C}\) à \(25\ \mathrm{^\circ C}\).
💪 Exercice n°1 : Chauffe-eau électrique⚓
Énoncé
Un chauffe-eau alimente une douche ou un évier en eau chaude à \(40\ \mathrm{^\circ C}\) à partir d'eau froide à \(15\ \mathrm{^\circ C}\) en la chauffant comme une bouilloire électrique. La capacité du chauffe-eau est de \(100\ \mathrm{L}\). La puissance électrique absorbée (consommée) de ce chauffe-eau est de \(6,0 \ \mathrm{kW} \ \ \left(1\ \mathrm{W} = 1 \ \mathrm{J/s} \right)\).
Question⚓
Q9. En considérant que \(1\ \mathrm{L}\) d'eau pèse \(0,992\ \mathrm{kg}\), calculer la masse d'eau contenue dans le chauffe-eau.
Question⚓
Q10. Calculer la valeur de l'énergie thermique \(Q\) à fournir pour chauffer cette eau.
Question⚓
Q11. Dans la réalité, il y a des pertes, notamment par effet Joule. Calculer l'énergie électrique \(W_{e\ell}\) consommée sachant que le rendement de ce chauffe-eau est de 80 %.
Question⚓
Q12. Calculer le temps nécessaire à cet appareil pour chauffer cette eau.
💪 Exercice n°2 : Chauffage intérieur d'une habitation⚓
Énoncé
Pour chauffer une chambre de volume \(40 \,\mathrm{m^3}\), on utilise un radiateur électrique. La pièce est à \(14\ \mathrm{^\circ C}\) et on veut obtenir une température de \(19\ \mathrm{^\circ C}\).
Question⚓
Q13. Sachant qu'un litre d'air a une masse de \(0,0013 \ \mathrm{kg}\), calculer la masse d'air contenu dans la chambre.
Question⚓
Q14. Quelle énergie thermique \(Q\) doit-on fournir pour amener la température de la pièce de \(14\ \mathrm{^\circ C}\) à \(19\ \mathrm{^\circ C}\) ?
Question⚓
Q15. Le rendement du radiateur est de 85%. Calculer l'énergie électrique \(W_{e\ell}\) consommée.
Question⚓
Q16. La puissance électrique \(P_{e\ell}\) de ce radiateur est de \(1 000 \ \mathrm{W}\). Calculer la durée de chauffe.