I/ INTRODUCTION :
Un système est comme en mécanique un objet ou un ensemble d’objets que l’on isole par la pensée. Tout ce qui ne fait pas partie du système est appelé son milieu extérieur.
La calorimétrie est l’étude de l’évolution de la quantité de chaleur échangée par un système avec son milieu extérieur.
II/ DEGRADATION DE L’ENERGIE MECANIQUE :
Un automobiliste en mouvement rectiligne sur une route horizontale freine jusqu’à l’arrêt.
On constate que son énergie mécanique décroit et nous notons une élévation de température au niveau des freins et de la jante.
L’énergie mécanique perdue au cours du freinage est transformée en énergie thermique (chaleur) au niveau des freins et de la jante : on parle de dégradation de l’énergie mécanique.
III/ MODES DE TRANSFERT D’ENERGIE PAR CHALEUR :
Un transfert d’énergie par chaleur se fait toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid.
On distingue trois modes de transfert d’énergie par chaleur :
III-1/ TRANSFERT THERMIQUE PAR CONDUCTION :
Lorsqu’on chauffe l’extrémité d’une tige en fer ; la chaleur se transmet jusqu’à l’autre extrémité par conduction sans déplacement de la matière.
III-2/ TRANSFERT THERMIQUE PAR CONVECTION :
Au voisinage d’un feu, l’air atmosphérique transfert de la chaleur aux autres points environnants par déplacement de la matière : c’est la convection.
III-3/ TRANSFERT THERMIQUE PAR RAYONNEMENT :
Le soleil transmet à la terre une grande quantité d’énergie par rayonnement solaire.
IV/ QUANTITE DE CHALEUR (Q) :
IV-1/ QUANTITE DE CHALEUR ECHANGEE PAR UN CORPS PUR SANS CHANGEMENT D’ETAT PHYSIQUE :
IV-1-1/ EXPRESSION :
La quantité de chaleur reçue Q > 0 ou cédée Q < 0 par un corps purs est proportionnelle à la variation de température ∆t et à la masse m de ce corps.
REMARQUES :
IV-1-2/ CAPACITE CALORIFIQUE (K OU ) :
La capacité calorifique d’un corps pur est égale au produit de sa masse m par sa chaleur massique C.
IV-2/ QUANTITE DE CHALEUR ECHANGEE PAR UN CORPS PUR AVEC CHANGEMENT D’ETAT PHYSIQUE:
IV-2-1/ DIAGRAMME DE CHANGEMENT D’ETAT :
On appelle changement d’état, le passage d’un état physique de la matière à un autre état physique.
N.B: Un changement d’état physique d’un corps pur est réalisé à pression et température constantes.
IV-2-2/ QUANTITE DE CHALEUR ECHANGEE AU COURS D’UN CHANGEMENT D’ETAT PHYSIQUE :
La quantité de chaleur reçue ou cédée par un corps pur de masse m pour provoquer un changement d’état physique tout en gardant sa température constante est appelée chaleur latente :
L = chaleur latente massique de changement d’état physique (J.kg-1)
L est positive pour une fusion, une vaporisation, une sublimation et négative pour une solidification, une liquéfaction, une condensation.
V/ DETERMINATION EXPERIMENTALE DES GRANDEURS CALORIMETRIQUES :
V-1/ LE CALORIMETRE :
Un calorimètre est une enceinte théoriquement adiabatique qui permet de mesurer les quantités de chaleur échangées entre les corps enfermés dans l’enceinte.
V-2/ EQUILIBRE THERMIQUE :
Des expériences ont montré que lorsqu’on met en présence deux ou plusieurs corps purs pris à des températures différentes, au bout d’un certain temps, leur température finie par devenir la même : on dit qu’on est à l’équilibre thermique et cette température commune est appelée température d’équilibre.
A l’équilibre thermique la somme des quantités de chaleur cédées par les corps purs les plus chauds (Qc) et les quantités de chaleur reçues par les corps purs les moins chauds (Qr) est nulle.
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