TD T8 : TRANSFERT D’ENERGIE PAR CONDUCTION THERMIQUE

[PDF] quantification de l'énergie d'un atome

[PDF] la chaine d'énergie d'un sèche cheveux

[PDF] epaisseur feuille papier 80 gr

[PDF] l'épaisseur d'une feuille de papier est 100 microm

[PDF] epaisseur du papier

[PDF] grammage papier bristol

[PDF] épaisseur feuille de papier en mm

[PDF] épaisseur d'une ramette de papier

[PDF] le monopole pdf

[PDF] maximisation du profit en monopole

[PDF] équilibre de marché microéconomie

[PDF] marché de concurrence pure et parfaite pdf

[PDF] quartile d'une série

[PDF] fonction affine 3eme

[PDF] calculer l'image de 2 par la fonction f

CHALEUR ET ENERGIE THERMIQUELes atomes d"un solide (a) se heurtent constamment les uns aux autres et vibrent toujours au voisinage de leur position d"

´equilibre. Dans un liquide (b),

ces positions d" ´equilibre se d´eplacent et chaque atome vibre avec une plus grande amplitude. Dans un gaz (c), les oscillations disparaissent et le mouve- ment est essentiellement libre, jusqu"

`a ce que les atomes entrent en collision.Jusqu"au XVIIemesi`ecle, beaucoup de savants pensaient que la chaleur

etait une manifestation du mouvement des atomes. Puis arriva une nouvelle th ´eorie, erron´ee, qui postulait que la chaleur´etait un fluide indestructible, sans masse, appel ´e "calorique". Cette id´ee a´et´e abandonn´ee d`es le d´ebut du XIX emesi`ecle, mais le nom calorie est rest´e.Universit´e de Gen`eve 13-1 C. Leluc

Energie thermiqueNous avons´etudi´e l"´energie m´ecanique,´energie associ´ee`a un objet qui

se d ´eplace ou interagit dans son ensemble avec d"autres objets : c"est une energie ordonn´ee. Mais les atomes individuels qui constituent un corps ont chacun un mouvement ind

´ependant, et ceci`a l"int´erieur du corps.

L" ´energie thermique est l"´energie cin´etique d´esordonn´ee totale (rotation- nelle, translationnelle et vibratoire) associ

´ee`a un groupe de particules

(habituellement des atomes, ions et

´electrons)`a l"int´erieur du corps.

Si on lance une pomme, elle ne subit aucune variation d"

´energie thermique,

bien que son ´energie cin´etique augmente (par rapport`a nous) : un ther- mom `etre plant´e dans la pomme n"indique aucune variation de temp´erature due a ce mouvement. Tous les atomes de la pomme se d´eplacent ensemble; c"est un mouvement ordonn ´e. Par contre, si la pomme s"´ecrase contre un mur, elle se d ´eforme, une partie de son´energie cin´etique ordonn´ee sera transform´ee en ´energie cin´etique d´esordonn´ee, l"´energie thermique qui ainsi augmentera. L" ´energie ordonn´ee de l"ensemble est devenue de l"´energie d´esordonn´ee des constituants.Universit´e de Gen`eve 13-2 C. Leluc

Energie thermique (suite)Consid´erons 3 m´ecanismes d"accroissement (ou diminution) de l"´energie ther-

mique;-on effectue un travail sur le corps : le remuer, le frotter, le comprimer ou le d ´eformer.Le travail est l"´energie m´ecanique organis´ee transf´er´ee au corps ou du corps, au moyen d"une force agissant `a distance.-on inonde le corps de rayonnement´electromagn´etique (lumi`ere visible, infrarouge,...). C"est ce qui arrive quand vous vous chauffer au soleil : l"ener- gie cin ´etique moyenne des mol´ecules augmente et la temp´erature de votre peau augmente.-on rend un corps plus chaud en le mettant en contact avec un objet de temp ´erature plus´elev´ee (p.e cuill`ere chauff´ee dans une flamme).La quan- tit ´e de chaleur (Q) est l"´energie thermique transf´er´ee, par les collisions des particules, d"une r ´egion de haute temp´erature`a une r´egion de basse temp

´erature.

La chaleur est l"

´energie thermique´echang´ee entre 2 corps et une fois qu"elle est transf ´er´ee, elle n"est plus appel´ee chaleur.Universit´e de Gen`eve 13-3 C. Leluc

Temp´erature,´energie thermique, chaleurLa th´eorie cin´etique permet de faire la diff´erence entre :-la temp´eraturequi constitue une mesure de l"´energie cin´etiquemoyenne

des mol ´ecules individuelles. Elle est donc ind´ependante du nombre total d"atomes pr ´esents.-l"´energie thermiqueouinterne,U,qui correspond`a l"´energie cin´etique d ´esordonn´ee totale de toutes les mol´ecules d"un objet.

Consid

´erons les particules d"un gaz parfait, de masses ponctuelles et sans interaction ( ´energie potentielle nulle). Elles n"ont aucune´energie cin´etique de rotation ou de vibration : l"

´energie interne,U, existe seulement sous

forme d" ´energie cin´etique d´esordonn´ee de translation. Il r´esulte alors de la th ´eorie cin´etique que l"´energie interne d"un gaz parfait d´epend seulement de sa temp ´erature (page 12-20). Pour un´echantillon denmoles d"un gaz par- fait monoatomique, contenantnNAmol´ecules, l"´energie interne totale vaut

U= (nNA)(1/2mv2) = (nNA)32kBT= (nNA)32RNAT=32nRT-la chaleurqui consiste en untransfertd"´energie (g´en´eralement thermique)

d"un objet `a un autre dˆu`a leur diff´erence de temp´erature.Universit´e de Gen`eve 13-4 C. Leluc

Quantit´e de chaleurC"est J.Black qui le premier, en 1760, a d´efini l"unit´e de chaleur, lacalorie.

Elle est actuellement d

´efinie commela quantit´e de chaleur n´ecessaire pour elever de1◦Cla temp´erature de 1g d"eau de 14,5◦C`a 15,5◦C. Le domaine de temp ´erature est pr´ecis´e car cette quantit´e de chaleur est tr`es l´eg`erement diff ´erente aux autres temp´eratures (variation de 1% entre 0◦C et 100◦C).

On a montr

´e exp´erimentalement que la quantit´e de chaleur fournie est propor- tionnelle au changement de temp ´erature r´esultant :Q≂ΔT, mais aussi`a la masse :Q≂m. Ainsi plus la masse d"un corps est grande, plus la cha- leur requise est grande pour produire la m

ˆeme´el´evation de temp´erature. On a

doncQ≂mΔT. Appelons cette constante de proportionalit´e,c, ainsi :Q=c mΔT=c m(Tf-Ti)avecc= 1cal.g-1(◦C)-1pour l"eau. La calorie est une quantit´e de chaleur

trop petite. On utilise surtout lakilocalorie (kcal), parfois appel´ee grande Calorie (1 kcal=1 Cal =1000 cal).

Tableau de la consomma-

tion horaire approximative

en kcal.Masse du corps en kg456890100En sommeil406080105Debout70100140170Marche130195260320Course`a pied290440580730Universit´e de Gen`eve 13-5 C. Leluc

Exemple : Quantit´e de chaleurL"´equivalent d"un verre d"eau (270g de liquide)`a 20◦C rec¸oit 1000 cal d"un

r ´echaud. Supposant que toute l"´energie est transf´er´ee`a l"eau sans perte, quelle est la temp

´erature finale du liquide?

SOLUTION :On a la relation :

Q=c mΔT=c m(Tf-Ti)

Pour la diff

´erence de temp´erature, on peut utiliser comme unit´e soit des degr´es

Celsius, soit de Kelvins; la diff

´erence est la mˆeme.

1000cal= (1,00cal/g.C◦)(270g)(Tf-20,00◦C)

D"o `u on peut extraireTf: T f=1000cal(1,00cal/g.C◦)(270g)+ 20,0C◦= 23,7◦CUniversit´e de Gen`eve 13-6 C. Leluc

Equivalent m´ecanique de la chaleurCe n"est qu"au XIXeme si`ecle qu"on s"est rendu compte de l"´equivalence

chaleur- ´energie. Il a fallu trouver une r´eponse`a la question suivante : Si la chaleur est une forme d" ´energie, comment peut-on convertir des calories en joules? C"est J.P.Joule qui a trouv ´e exp´erimentalement l"´equivalent m´ecanique de la chaleur vers 1850, soit1cal= 4,186Jou1kcal= 4186J

En tombant, les poids font tourner les pa-

lettes, ce qui accro

ˆıt la temp´erature de l"eau.

L" ´energie potentielle gravitationnelle est trans- form ´ee en´energie cin´etique des palettes puis de l"eau. Cette

´energie cin´etique finit parˆetre

transform

´ee en´energie thermique dans l"en-

ceinte isol

´ee.

L"unit

´e de chaleur en SI est lejoule : on peut

augmenter ou abaisser la temp

´erature de 1

kilogramme d"eau de 1 kelvin en lui appor- tant (ou lui pompant) une chaleur de 4186 joules.Universit´e de Gen`eve 13-7 C. Leluc

La capacit´e calorifique - sans changement d"´etatNous avons vu qu"une´energie thermique de 4,2kJ (1kcal)´el`eve la temp´erature

de 1 kg d"eau de 1 ◦C, mais il n"y a aucune raison qu"elle fasse la mˆeme chose pour un 1 kg de fer ou beurre. J.Black a trouv

´e quechaque sub-

stance subit une variation de temp

´erature sp´ecifique en recevant une

quantit ´e d´etermin´ee de chaleur. On peut´ecrire la mˆeme expression que pour l"eau, soitQ=m cΔTo`ucest la capacit´e calorifique mas-

siquede la substance consid´er´ee exprim´ee en (J.kg-1.K-1) ou (cal.g-1.K-1).J.Black a plac´e une masse´egale d"eau et de

fer `a temp´erature´egale (Ti= 25◦C) sur un m ˆeme bruleur. Ajoutant la mˆeme quantit´e de chaleurQaux 2 r´ecipients, il a observ´e une augmentation diff

´erente de temp´erature,ΔT:

ΔTFe=Tf

Fe-Ti

Fe=Qm cFe

ΔTeau=Tf

eau-Ti eau=Qm ceauLes temp´eratures finales ne sont pas les mˆemes carcFe=0,11 kcal/(kg·◦C) etceau= 1,0 kcal/(kg.◦C)≂9cFe. Ainsi l"augmentation de temp´erature du fer

sera≂9fois celle de l"eau. Si l"eau monte`a 35◦C, le fer montera`a 116◦C.Universit´e de Gen`eve 13-8 C. Leluc

La capacit´e calorifique - sans changement d"´etatJ.Black a utilis´e une autre m´ethode : la m´ethode des m´elanges. Si`a une

masse donn ´ee d"eau froide`a 5◦C vous ajoutez une quantit´e´egale d"eau`a 95
◦C, le m´elange se retrouve`a une temp´erature de 50◦C. On a dans ce cas des changements de temp ´erature´egaux car on m´elange des quantit´es´egales d"une m ˆeme substance. La chaleur´echang´ee par le syst`eme 1 intitialement chaud est :Q1=c m1(Tf1-Ti1)avecTi1> Tf1doncQ1<0 De m ˆeme la chaleur´echang´ee par le syst`eme 2 : Q

2=c m2(Tf2-Ti2)avecTi2< Tf2doncQ2>0

Une chaleur rec¸ue par un syst

`eme est positive et une chaleur perdue est n

´egative; soit ici :-Q1=Q2. Commem1=m2,

-c(Tf1-95◦C) =c(Tf2-5◦C)

Le syst

`eme´etant isol´e, l"´energie totale doit rester inchang´ee. A l"´equilibre T f1=Tf2=Tf=12(95◦C+ 5,0◦C).

Lorsque les diverses parties d"un syst

`eme isol´e se trouvent`a des temp ´eratures diff´erentes, la chaleur se transmet de la plus chaude`a la plus froide. Aucune ´energie ne peut s"en´echapper, donc la quantit´e de chaleur perdue par une partie du syst `eme est enti`erement r´ecup´er´ee par une autre.chaleur perdue =chaleur r´ecup´er´ee.Universit´e de Gen`eve 13-9 C. Leluc

Capacit´e calorifique massiqueTableau de capaciti´es calorifiques massiques`a 0◦C.L"eau poss`ede une des capacit´es calorifiques les plus´elev´ees.L"eau chauffe lentement et se refroidit lentement.Mat´eriauc(kJ/(kg·K))c(kcal/(kg·K))Glace (eau,-5◦)2,10,50Plomb0,1280,031Aluminium0,9000,21Cuivre0,390,093Fer0,470,11Verre0,8400,20Mercure0,1400,033Eau4,1861Helium5,1801,237Vapeur d"eau (110◦)2,010,481Air(100◦C)1,00,24Universit´e de Gen`eve 13-10 C. Leluc

Exemple : capacit´e calorifiqueOn verse 200 cm3de th´e`a 95◦C dans une tasse en verre de 300 g, initia-

lement `a 25◦C. D´eterminer la temp´erature finale,T, de ce syst`eme lorsqu"il atteint l" ´equilibre en supposant qu"aucune chaleur ne s"´echappe dans le milieu ext

´erieur??

SOLUTION : La chaleur perdue par le th

´e vaut :

1=mthecthe(T-95◦C)<0La chaleur r´ecup´er´ee par la tasse vaut :

2=mtassectasse(T-25◦C)>0Comme-Q1=Q2, soit-mthecthe(T-95◦C) =mtassectasse(T-25◦C)

-(0,20kg)(1,00kcal/kg.◦C)(T-95◦C) = (0,30kg)(0,20kcal/kg.◦C)(T-25◦C)

19-0,20T= 0,060T-1,5

T= 79◦C

valeur comprise entre 25 ◦C et 95◦C.Universit´e de Gen`eve 13-11 C. Leluc Calorim`etreDans toutes les exp´eriences sur les´echanges thermiques, on suppose impli- citement qu"il n"y a aucune perte de chaleur.Pour que cela soit r´ealit´e, on utilise uncalo- rim `etre: c"est un r´ecipient`a 2 parois s´epar´ees par du vide ce qui emp

ˆeche pratiquement tout

echange de chaleur avec l"ext´erieur. On utilise un vase calorim

´etrique m´etallique mince, de

faible capacit

´e calorifique et de petite masse pour

contenir le liquide. Ce vase change facilement de temp ´erature mais emmagasine tr`es peu d"´energie thermique. Tout comme la feuille d"aluminium qu"on utilise pour la cuisson.

Pour d

´eterminer la capacit´e calorifique d"un´echantillon, on le porte`a une temp ´erature donn´ee puis on le plonge dans l"eau du calorim`etre. De l"´el´evation de temp

´erature, on en d´eduit la capacit´e calorifique massiquec.Universit´e de Gen`eve 13-12 C. Leluc

Exemple du calorim`etreUn calorim`etre form´e d"un vase calorim´etrique de masse 150g en cuivre

et contenant 500g d"eau, est `a une temp´erature de 20,0◦C. Un bloc solide, de 225 g d"une substance non identifi

´ee`a 508◦C, est plong´e dans l"eau

et on couvre le dispositif. Apr `es quelques minutes, le syst`eme atteint une temp ´erature constante de 40,0◦C. D´eterminer la capacit´e calorifique mas- sique du bloc.

SOLUTION : La variation de temp

´erature est la mˆeme en degr´es qu"en kelvins.

La chaleur c

´ed´ee par l"´echantillon est´egaleen valeur absolue`a la chaleur rec¸ue par l"eau et le vase :-Qb=Qeau+Qcu -(0,225kg)(cb)(40◦C-508◦C) = (0,500kg)(4186J/kg.K)(20K) +(0,150kg)(390J/kg.K)(20K) D"o `u

105,3cb= (41860 + 1170)J/Kg.K

La chaleur calorifique estcb= 409J.kg-1·K-1Universit´e de Gen`eve 13-13 C. Leluc

Changement d"´etat : chaleur latente de fusionEn changeant la temp´erature d"un´echantillon, on peut modifier son´etat :

on parle de changement de phase (voir page 12-16). J.Black

´etablit

exp ´erimentalement que lorsqu"un solide est chauff´e jusqu"`a son point de fusion, l"addition continue et lente de chaleur `a la mati`ere provoque sa liqu ´efaction progressive`a temp´erature constante. C"est seulement apr`es la fusion compl `ete, que la temp´erature recommence`a monter.

La quantit

´e de chaleur n´ecessaire pour faire passer 1kg de substance,`a son point de fusion, de l" ´etat solide`a l"´etat liquide estla chaleur latente de fusion L la solidification. Au point de fusion, la chaleur latente n"accro

ˆıt pas l"´energie

cin ´etique (et la temp´erature) des mol´ecules : elle sert`a surmonter l"´energie potentielle due aux forces intermol ´eculaires. L"´energie associ´ee`a la chaleur latente lib `ere les mol´ecules des liaisons rigides de l"´etat solide, leur permettant de s"

´eloigner l´eg`erement les unes des autres.

Comme de la chaleur doit

ˆetre fournie`a un corps pour qu"il d´eg`ele, la fusion conduit `a un refroidissement de son voisinage. Par contre si une substance g `ele, elle c`ede de la chaleur`a l"environnement.Universit´e de Gen`eve 13-14 C. Leluc

Exemple : Chaleur latente de fusionUn r´ecipient, contenant 0,250 kg d"eau`a 20◦C est plac´e dans le compartiment

de cong ´elation d"un r´efrig´erateur. Quelle est la chaleur qu"il faut retirer de l"eau pour la transformer en glace `a 0◦C?

SOLUTION : La chaleur

`a extraire de l"eau doit pouvoir refroidir l"eau de 20◦C a 0◦C puis la congeler. Les 2´etapes correspondent`a la quantit´e de chaleur :

Q=ceaumeau(Tf

eau-Ti eau) + (-meauLf) Q= (4,2kJ/kg.K)(0,250kg)(0◦C-20◦C)-(0,250kg)(334kJ/kg) =-21kJ-83,5kJ=-104,5kJ Il faut donc extraire 1,05×105Joules.Universit´e de Gen`eve 13-15 C. Leluc

Changement d"´etat : chaleur latente de vaporisationLavaporisationest la transformation d"un liquide en gaz. Le produit r´esultant

est appel ´evapeurparce qu"il s"´ecarte radicalement du comportement des gaz parfaits. Comme dans le cas de la fusion, on doit fournir de l"

´energie aux

mol ´ecules pour les lib´erer de la coh´esion de l"´etat liquide. La vaporisation est m ˆeme un changement plus important qui n´ecessite une grande quantit´e d"

´energie.

On d ´efinit la chaleur latente de vaporisation,Lv, comme la quantit´e d"´energie thermique n ´ecessaire pour transformer en vapeur 1 kilogramme d"un liquide a temp´erature constante ou bien la quantit´e d"´energie thermique qu"il faut ex- traire de 1 kilogramme de vapeur pour le condenser dans les m

ˆemes condi-

tions. Cette temp

´erature est habituellement le point d"´ebullition.Q=±m LvLa chaleur latente de vaporisation diminue quandTaugmente : par exemple

pour l"eau `a 33◦, elle vaut 2,42×103kJ/kg (578 kcal/kg) et`a 100◦, elle est de

2,259×103kJ/kg (539 kcal/kg).Universit´e de Gen`eve 13-16 C. Leluc

Changement d"´etat : r´esum´eValeurs approch´ees des chaleurs latentes de fusion,Lfet de vaporisation,

v`a une pression de 1 atm. On remarque queLv> Lf.SubstancePoint de fusionLfPoint d"´ebullitionLv(◦C)(kJ/kg)(◦C)(kJ/kg)Cuivre108320523365069Or106366,626001578Alcool´ethylique-11410478854Eau0,0333,7100,02259Mercure-38,8711,8356,58296Azote-209,8625,5-195,81199Hydrog`ene-259,3158,6-252,89452H´elium-269,655,23-268,9321Universit´e de Gen`eve 13-17 C. Leluc

Exemple : Transformation de la glace en vapeur d"eauQuelle est la quantit´e de chaleur n´ecessaire pour transformer, sous la pression

atmosph ´erique 1,0 kg de glace`a -10◦C en vapeur surchauff´ee`a 110◦C?

SOLUTION : Nous devons

´elever la temp´erature de la glace`a 0◦C, la faire fondre, ´elever la temp´erature de l"eau`a 100◦C, la vaporiser et´elever la temp ´erature de la vapeur d"eau`a 110◦C.Chaque´etape a sa propre capacit´e calorifique.

Q=m cgΔTg+m Lf+m ceΔTe+m Lv+m cvΔTv

Nous obtenons apr

`es avoir mismen facteur :

Q= (1,0kg)[(2,1kJ/kg.K)(0◦C-(-10◦C))

+(334kJ/kg) + (4,2kJ/kg.K)(100◦C-0◦C) +(2,26×103kJ/kg) + (2,0kJ/kg.K)(110◦C-100◦C)]Soit

Q= 21kJ+ 334kJ+ 420kJ+ 2260kJ+ 20kJ= 3055kJ

Notons que la plus grande partie de cette

´energie sert

a transformer l"eau en vapeur.Universit´e de Gen`eve 13-18 C. Leluc EvaporationLa vaporisation est la transformation d"un liquide en vapeur. Ce changement de liquide en vapeur `a une temp´erature inf´erieure au point d"´ebullition, qui se produit continuellement `a la surface libre des liquides, est appel´e evaporation. Un liquide se compose d"un grand nombre de mol´ecules en agitation permanente avec une distribution d"

´energie cin´etique qui res-

semble `a celle d"un gaz. Seules les mol´ecules ayant une´energie cin´etique sup ´erieure`a une certaine valeur peuvent s"´echapper du liquide et passer`a l" ´etat gazeux. Certaines mol´ecules le quittent, d"autres retournent au liquide.

Le nombre de mol

´ecules pass´ees`a l"´etat de vapeur

s"accro ˆıt pendant un certain temps jusqu"`a ce que la quantit ´e de mol´ecules qui retournent`a l"´etat li- quide soit ´egale`a la quantit´e de mol´ecules qui s"en echappent dans un intervalle de temps donn´e. Il se cr ´ee ainsi un´equilibre et l"espace devientsatur´e. La pression qui s"exerce au-dessus du liquide s"ap- pellepression de vapeur satur´ee. Elle d´epend de la temp

´erature. Tant que la pression de vapeur au-

dessus du liquide est inf

´erieure`a la pression de

vapeur satur

´ee qui correspond`a cette temp´erature,

l" ´evaporation continue.Universit´e de Gen`eve 13-19 C. Leluc

EvaporationLa pression de vapeur satur´ee d"un liquide augmente avec la temp´eraturecomme illustr´e dans ce tableau pour l"eau.Temp´eraturePression de vapeur satur´ee(◦C)(Pa)06,11×102501,23×104703,12×1041001,01×1051201,99×1051504,76×105D"apr`es la th´eorie cin´etique, le nombre de ces particules´energ´etiques aug-

mente avec la temp ´erature : plus la temp´erature s"´el`eve, plus l"´evaporation s"acc ´el`ere. Si les mol´ecules les plus rapides quittent le liquide, la vitesse moyenne de celles qui restent diminue, entrainant un abaissement de la temp ´erature.L"´evaporation constitue donc un processus de refroidis- sement.On peut le constater au sortir d"une douche chaude lorsque l" ´evaporation des gouttes d"eau sur le corps donne froid ou encore, par une chaude journ

´ee, lorsqu"on est en sueur et que la plus petite brise rafraˆıchit.Universit´e de Gen`eve 13-20 C. Leluc

EbullitionLa pression de vapeur d"un liquide augmente avec la temp´erature.

Lorsque celle-ci s"

´el`eve au point o`u la pression de vapeur est´egale`a la pression ext

´erieure, il y a´ebullition.

Ce ph ´enom`ene peut se d´ecrire comme suit. Alors qu"un liquide se rapproche de son point d" ´ebullition, de petites bulles tendent`a s"y former; elles d´enotent le passage de l" ´etat liquide`a l"´etat vapeur. Toutefois, tant que la pression de vapeur `a l"int´erieur des bulles reste inf´erieure`a celle de l"ext´erieur, elles sont imm ´ediatement´ecras´ees. A mesure que la temp´erature s"´el`eve, leur pression de vapeur devient peu `a peu´egale et mˆeme sup´erieure`a la pression am- biante; au lieu de dispara ˆıtre, elles grossissent et montent`a la surface , mar- quant le d ´ebut de l"´ebullition. (La pression de vapeur d"eau qui est de 0,006 atm `a 0◦C s"´el`eve`a 0,2 atm`a 60◦C et atteint 1 atm`a 100◦C.)

Si de la chaleur est continuellement fournie

`a l"eau, elle continue`a bouillir et si on augmente le feu sous la casserole, on augmente la vitesse de vaporisation, sans changer la temp ´erature de l"eau.Universit´e de Gen`eve 13-21 C. Leluc

EbullitionChaque kg de vapeur`a 100◦C peutˆetre utilis´e pour transporter cette´energie

de 2,3 MJ d"un endroit `a un autre. En se condensant la vapeur transf`ere son energie`a l"environnement. Mais on peut aussi surchauffer la vapeur d"eau : c"est ce qu"on fait dans les turbines.

Le point d"

´ebullition d´epend, de fac¸on´evidente, de la pression ext´erieure. Dans les hauteurs, celui de l"eau est plus bas qu"au niveau de la mer car la pression atmosph ´erique est moins´elev´ee. Au sommet de l"Everest (8850m) la pression atmosph ´erique vaut 1/3 de ce qu"elle est au niveau de la mer et l"eau bout`a environ 70 ◦C. Par cons´equent la cuisson`a l"eau exige plus de temps dans ces r

´egions.

On utilise le processus inverse dans l"autocuisseur : la vapeur d

´egag´ee s"ac-

cumule au-dessus du liquide dans l"autocuisseur ferm

´e, la pression augmente

ainsi que la temp ´erature d"´ebullition de l"eau. Le point d"´ebullition de l"eau pour une pression de 2 atm est `a 121◦C. La vitesse des r´eactions chimiques double a chaque augmentation de 10◦au-del`a de 100◦C. Ainsi cet autocuisseur per- met de diminuer significativement le temps de cuisson.Universit´e de Gen`eve 13-22 C. Leluc

Transfert d"´energie thermique : la conductionLes objets´echangent de l"´energie thermique avec leur voisinage de 3 fac¸ons :

1) Conduction

Lorsqu"on plonge une cuiller dans une tasse de caf

´e chaud, la partie expos´ee

a l"air se r´echauffe assez rapidement mˆeme si elle n"est pas directement en contact avec la source chaude. Il y aconduction de chaleurde l"extr´emit´e chaude `a l"extr´emit´e froide. La conduction de chaleur est le r´esultat de colli- sions mol ´eculaires. Un groupe d"atomes d"´energie thermique´elev´ee transmet de l" ´energie cin´etique al´eatoire`a un groupe d"atomes voisins de plus basse energie thermique. La conduction ne se produit que lorsqu"il y a´ecart de temp

´erature.

Le taux d"

´energieH(en J/s ou W) transf´er´e par

seconde

`a travers une surfaceA, d"´epaisseurL:H=ΔQΔt=-kTAΔTL=-kTAT0-T1LkTest le coefficient de conductivit´e thermique en

W.mquotesdbs_dbs10.pdfusesText_16

[PDF] TD T8 : TRANSFERT D’ENERGIE PAR CONDUCTION THERMIQUE - AlloSc

ENERGIE THERMIQUE – EXERCICES - Free