Relier l’énergie interne et la capacité thermique

Merci !

Fiches
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Énergie, matière et rayonnement
Corpus - | Corpus - 1 Fiche
 
Relier l’énergie interne et la capacité thermique

FB_Bac_98618_PhyT_S_030

30

69

6

Rappels de cours

1Définition de l’énergie interne


 La matière est modélisée comme un ensemble de particules en mouvement (atomes, molécules…), reliées entre elles par des liaisons élastiques.

 L’énergie interne résulte de contributions microscopiques. Pour une température donnée, est la somme des énergies cinétiques et des énergies potentielles de toutes les particules.

2L’énergie interne d’un corps

À une température donnée, l’énergie interne d’un système est constante. Sous l’effet de l’agitation thermique, il y a en permanence, à l’échelle microscopique, transformation d’énergie potentielle en énergie cinétique et d’énergie cinétique en énergie potentielle, mais l’énergie interne reste constante à l’échelle macroscopique.

3La capacité thermique

Chauffer un corps, c’est apporter une quantité de chaleur qui va augmenter l’énergie interne d’une quantité positive.

Refroidir un corps, c’est prélever une quantité de chaleur qui va diminuer l’énergie interne d’une quantité négative.



et en


 Pour un corps liquide ou un solide, la variation d’énergie interne est proportionnelle à la variation de température et à la masse m du corps. On définit la capacité thermique massique du matériau constituant le corps par :



en  ; en

en  ; en

Méthodes

Exploiter la relation

On extrude industriellement à 230 °C du polystyrène stocké à 15 °C pour former des tubes profilés. La production horaire est de 20 kg de tube. Quelle est la chaleur nécessaire au chauffage du matériau pour 8 h de production ?

Donnée : cpolystyrène= 1 340 

Conseils

ΔT, différence de température, s’exprime par le même nombre en K ou en .

Solution

La chaleur nécessaire au chauffage d’une masse m de matériau avant extrudage est .

En huit heures, m= de polystyrène sont extrudés.

La chaleur totale nécessaire est :

.

Comparer les propriétés thermiques de deux fluides



Eau


Huile


Masse volumique ρ


1, 0


0, 80


Capacité thermique massique c


4 185


2 000

On dispose de deux béchers contenant chacun le même volume V= 50 mL de liquide, l’un de l’huile et l’autre de l’eau.

Quel est le liquide qui emmagasine le plus de chaleur lorsqu’on élève sa température de ΔT= 80 °C ?

Solution

Pour élever la température de ΔT, il faut apporter de l’énergie sous forme de chaleur. L’expression de la chaleur apportée à chaque liquide est :

– pour l’eau :  ;

– pour l’huile : .

L’eau est le liquide qui reçoit et emmagasine donc le plus de chaleur ; c’est un bon fluide « caloporteur ».

>>