L’énergie thermique : travail d’appropriation sur documents.

L’énergie thermique : travail d’appropriation sur documents.

Bonjour, toujours plein de dynamisme et de courage pour continuer à travailler (presque) tout seul ? �

Tu trouveras le correctif du dernier devoir en rouge. Parfois j’ai indiqué des compléments d’informations pour ceux qui sont intéressés, motivés,

curieux (et les autres aussi !). Prends le temps de te corriger et surtout de COMPRENDRE les choses. S’il reste des imprécisions, n’hésite pas à me demander encore des infos, à poser toutes les questions nécessaires.

1. Complète la première colonne et relie les définitions au bon schéma.

État de la

matière Définition Modèle

SOLIDE Les particules (atomes ou molécules) qui forment un corps solide ont une structure ordonnée. Cependant, elles ne sont pas immobiles. Elles ne peuvent pas se déplacer les unes par rapport aux autres, mais elles vibrent sur place.

LIQUIDE Les particules ont un mouvement propre. Elles peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres, mais elles sont toujours très

rapprochées. Il n’y a plus de structure ordonnée.

GAZ Les particules ont un mouvement désordonné.

Elles se déplacent très rapidement et sont très éloignées les unes des autres.

Relie entre elles les différentes parties de phrases des colonnes 1 et 2.

Les solides ont une forme propre et un volume propre.

On explique la grande cohésion et la forme quasi-constante des solides en supposant que …

… ses entités peuvent y rouler les unes sur les autres.

Les gaz n’ont pas de forme propre et pas de volume propre.

On explique la forme et le volume variables des gaz en supposant que

… ses entités y sont entassées et retenues les unes aux autres.

Les liquides n’ont pas de forme propre mais … ses entités se répartissent dans tout

ont un volume propre.

On explique la forme variable et le volume quasi-constant des liquides en supposant que …

l’espace disponible.

2. Les schémas qui suivent sont un modèle. Qu’illustrent t’ils (en haut et en bas) ?

Les trois schémas du haut représentent respectivement l’état solide, ensuite l’état liquide puis finalement l’état gazeux de la matières. Les trois schémas du bas donnent les MOUVEMENTS BROWNIEN qui accompagnent ces trois états

3. À quoi correspond le zéro degré Celsius ? le zéro absolu ? Défini les.

Le zéro degré Celsius est défini par la température de fusion de l'eau à pression standard.

Le zéro absolu est la température la plus basse qui puisse exister. À cette température, il n’y a plus aucun mouvement pour la matière. Dans les schémas de l’exercice précédent, il n’y aurait donc plus aucune ligne montrant des

mouvements brownien.

Le zéro absolu ne peut être atteint, bien qu'il soit possible de s'en rapprocher avec un

refroidisseur cryogénique, un réfrigérateur à dilution ou un cryostat à désaimantation nucléaire.

Le refroidissement d'atomes par laser a permis d'atteindre des températures inférieures au milliardième de kelvin. À très faibles températures, autour du zéro absolu, la matière présente de nombreuses propriétés inhabituelles telles que la supraconductivité, la superfluidité et

la condensation de Bose-Einstein. Pour étudier ces propriétés, les scientifiques ont essayé d'atteindre des températures encore plus basses.

En raison de la très faible densité moyenne de la matière dans l'Univers, et malgré l'existence de corps extrêmement chauds, la température moyenne de l'Univers est celle du rayonnement fossile (fond diffus cosmologique), soit 2,7260 ± 0,0013 K¹.

La température de l'univers a été extrêmement élevée juste après le Big Bang, par exemple de l'ordre de 10³² K à la fin de l'ère de Planck (10⁻⁴³ s après le Big Bang). Ensuite elle n'a pas cessé de diminuer, en relation directe avec l'expansion de l'Univers (détente adiabatique). La

température est en particulier passée au-dessous de 3 000 K environ 380 000 ans après le Big Bang, ce qui a enclenché la recombinaison et l'émission du rayonnement cosmologique.

4. La quantité de chaleur contenue dans un corps dépend de la constitution de ce corps. Par exemple : de l’eau bouillante, c’est chaud non ? Si vous en recevez sur les doigts, vous risquez de vous brûler sévèrement.

Pourtant, l’eau bouillante n’est toujours qu’à 100 °C. En effet, prenons l’exemple des bâtonnets d’étincelles utilisés lors des fêtes de fin d’année ou sur un gâteau. Les étincelles produites ne brûlent pas la peau, et pourtant leur température excède 1000 °C !

Alors où est le problème ? La quantité de matière ici est un facteur important.

Plus l'objet est grand, plus il contient de chaleur. Par exemple, si tu prends un verre et un seau d'eau, il est possible que les deux aient la même température.

Cependant, le seau d'eau aura davantage de chaleur que le verre car il contient beaucoup plus d'eau, soit une énergie thermique totale plus importante. Ici il y a peu de matière dans les étincelles, donc peu de chaleur qui peut être

transmise.

5. Barre ce qui est faux dans la phrase qui suit :

« L'eau qui s'écoule du robinet est froide, sa chaleur / sa température est basse. On ressent peu de température, mais notre main qui est en contact avec l’eau a froid car elle perd de l’énergie en transmettant de la chaleur à l’eau.

6. En quoi le rayonnement du soleil est-il indispensable pour notre vie sur Terre ? (dans un docu YouTube).

Le rayonnement solaire délivre de l’énergie à la Terre. C’est d’ailleurs de ce rayonnement que provient toute l’énergie disponible sur Terre (le pétrole contenu dans les sous-sols n’aurait pu se former il y a bien longtemps sans le soleil qui a permis au végétaux – à l’origine du pétrole- de faire la photosynthèse. Cette énergie est indispensable à toutes les formes de vie sur Terre.

Une toute petite nuance : une partie de l’énergie disponible sur Terre provient de la géothermie. Notre planète n’est pas sans activité volcanique, la tectonique des plaques fait que notre planète n’est pas une planète morte comme par exemple Mars où il n’y a plus ces phénomènes.

7. Quelle est la différence entre température et chaleur ?

La chaleur est la forme d'énergie qui se transmet ou se transfère d'un corps à l'autre, qui eux peuvent être à différentes températures.

La température, elle, équivaut à la mesure de la chaleur d'un

corps. Il s’agit de l’agitation moléculaire dans la matière. Sur cette base, la chaleur est le facteur chargé d'augmenter ou de diminuer la

température d'un corps.

3

Lorsque la chaleur entre dans un corps, ce dernier se réchauffe. De même, lorsqu'il en sorte, il se refroidit. Il importe de souligner que les objets les plus froids possèdent également de la chaleur (= ils possèdent de l’énergie

thermique). En effet, à l'intérieur, les atomes sont également en mouvement (faible ou important).

8. Dans un récipient de 50L, il y a une pression de 563 mm Hg à une

température de 27,2°C. Si la température augmente à 93°C quelle sera la pression en mm Hg dans le récipient ?

Il faut mettre les températures en K. Lorsque tu as terminé transforme la pression de mm Hg en Pa puis en kPa.

Données :

 P1 = 563 mm Hg

 T1 = 300, 2 K (27,2 + 273 = 300,2)

 T2 = la température augmente de 93°C. la température finale vaut donc 27,2 + 93 = 120,2 ° C ou 393,2 K (120,2 + 273 = 393,2)

Remarque : on ne met jamais ° avec la température exprimée en Kelvin.

Inconnue : P2 = ?

Formule : P1/T1 = P2/T2 (loi de Gay Lussac) Résolution :

P 1 T 1

P 2 T 2

563

300,2

P 2 393,2

563

300,2 .393,2 =P 2

9. A une température de 99°C, un ballon d’air chaud a un volume de 2 800m³. Quel est son volume si la température descend à 80°C ? Données :

 V1 = 2800 m³

 T1 = 372 K (99 + 273 = 372)

 T2 = la température descend de 80 °C. la température finale vaut donc 99 – 80 = 19 ° C ou 292 K (19 + 273 = 292)

Inconnue : V2 = ?

: 1000 : 7,5.10^-3

Formule : V1/T1 = V2/T2 (loi de Charles) Résolution :

V 1 T 1

V 2 T 2

2800

372

V 2 292

2800

373 . 292=V 2

Si vous avez obtenu V2 = 537, … m³ , votre raisonnement est ok car j’ai oublié de vous dire qu’il faut mettre la température en K (puisque dans la formule il y a T et pas t° !!!)

10. À O°C, un gaz occupe un volume de 20 L. Quelle doit être la température du gaz, en degré Celsius, pour atteindre un volume de 30 L ?

C’est pareil ici, il faut aussi mettre la température en K.

Données :

 V1 = 20L

 T1 = 273 K

 V2 = 30 L Inconnue : T2 = ?

Formule : V1/T1 = V2/T2 (loi de Charles) Résolution :

V 1 T 1

V 2 T 2

20

273

30 T 2

T2 =

30

20

11. Pourquoi à partir de la minute 8 (et après) de l’expérience décrite la température ne varie-t-elle pas ? https://www.youtube.com/watch?v=tuCL-oLKAKc

À 8 minutes et après, le changement d’état à lieu. Un changement d'état est une transition de phase lors du passage d'un état de la matière à un autre état.

Pendant le changement d’état, toute l’énergie thermique fournie sert uniquement à séparer les molécules les unes des autres, il n’y a pas d’augmentation de température.

Par exemple, le fait de mettre des glaçons dans une boisson permet à la boisson de rester (plus ou moins) à la même température tant que les glaçons n’ont pas fondu. Ta boisson va augmenter de température sur la terrasse au soleil

uniquement lorsque tous les glaçons seront fondus.

12. Quelle est la différence entre l’évaporation et l’ébullition et la vaporisation ?

Vaporisation La vaporisation reprend l’ébulition et l’évaporation. C’est le passage de l’état liquide à l’état gazeux.

Ébullition Formation de bulles durant le changement d’état liquide vers l’état gazeux. Cela concerne l’ensemble du volume du liquide et pas seulement la surface. Ce changement se fait à une température déterminée pour un corps donné (par exemple, à 300°C pour l’huile d’olive, à 100°C pour l’eau mais cela vous le savez déjà !)

Évaporation L'évaporation est un passage progressif, lent de l'état liquide à l'état gazeux. Ce phénomène est donc une vaporisation progressive qui a pour effet d'absorber de l'énergie thermique et donc de réduire la température de l’environnement. Cela ne concerne que la surface du liquide.

13. Que se passe t’il lorsqu’on apporte de l’énergie thermique à un corps ? Structure ta réponse en mettant un tiret par élément. (cette question est particulièrement importante puisqu’elle résume plusieurs choses)

- Les particules au sein de ce corps deviennent plus agitées = la température du corps augmente.

- Le volume de ce corps augmente, le corps se dilate par conséquent et donc la densité de ce corps peut diminuer.

- (La chaleur) l’énergie contenue dans le corps augmente et d’autant mieux si il a une bonne conductivité thermique.

- Il se peut que le corps change d’état. La température du corps ne change pas dès lors.

- Le corps peut s’enflammer.