Enoncer le principe des échanges de chaleurs

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P a g e 1 | 3 COLLEGE POLYVALENT LA SAINTETE

Evaluation N°03 Niveau : 1^ère D Session de : Jan 2021

Sujet de : PHYSIQUE Coef : 02 Durée 03h00

Proposée par : M. Takouo Deffo Ledoux

Exercice1 : Vérification des savoirs 5pts 1. Définir : a) chaleur massique b) Energie cinétique c) énergie potentielle 0,25x3pt 2. Enoncer : a)

Enoncer le principe des échanges de chaleurs

b) Le principe de conservation de

l’énergie mécanique. 0,5x2pt 3. Choisir la ou les bonne(s) réponse(s). (0,25X2 + 0,5X2) = 1,5pt 3.1- La relation entre la vitesse angulaire ω et l’angle de rotation ϴ, à une date t, est donnée par : a) ω = ϴ x t (b) ϴ = ω x t (c) ϴ = ω ÷ t

3.2- L’unité qui ne correspond pas à celle de l’énergie est : i) J/s ii) J ; iii) wattheure iv) Cal v) eV

3.3 1KCal /h est égal à : i) 0,86Watts ii) 1,16Watts iii) 4,18Watts iv) 4180Watts 3.4 Quelle est la quantité de chaleur nécessaire pour faire passer la température d’un demi-litre d’eau de 10°C à 100°C liquide. Prendre Ce = 4,2kJ.Kg^-1.K^-1 : i) 189J ; ii) 378Kj ; iii) 378J ; iv) 189kJ

4. Rappeler l’équation des gaz parfaits et donner l’unité de chaque élément 1pt 5. Citer deux enceintes adiabatiques de votre environnement quotidien. 0,5pt 6. Répondre par Vrai ou Faux sans justifier : 0,25x4pt a) Au cours d’un choc, il y a conservation de l’énergie cinétique.

b) Un corps qui reçoit ou cède la chaleur subit une variation de température.

c) un système dissipatif est un système qui fait intervenir des forces conservatives.

d) La variation de l’énergie cinétique d’un système conservatif est égale à la diminution de son énergie potentielle.

Exercice2 : Application des savoirs 4pts A. Quantité de chaleur. 1,5pts

Une boule de plomb, de masse 1kg, tombe en chute libre en un lieu ou g = 10N/kg. Au bout de 18m, elle est arrêtée par un obstacle.

1. En supposant le travail de la pesanteur entièrement transformée en chaleur, calculée la quantité de chaleur dégagée au cours du choc. 0,75pt

2. Si chaleur servait uniquement à chauffer la boule, quelle serait l’élévation de la température subie ? On donne : chaleur massique du plomb : 130J.kg^-1.K^-1 0,75pt

B. Energie mécanique 2,5pts

Un projectile de masse m = 3,00 kg est lancé d’un point A situé à une hauteur h0 = 5,00 m au-dessus d’une plaine, avec une vitesse V_o de valeur Vo = 24,0 m/s. Le sommet S de la trajectoire est situé à la hauteur h = 14,6 m par rapport au point A. Le projectile retombe dans l’eau situé à H = 75,0 m de la plaine. Prendre g = 10,0 N/kg.

1. Avec quelle vitesse le projectile passe-t-il en S ? 0,5pt 2. Existe-il un point de la trajectoire où la vitesse du projectile a la même valeur qu’en A ? Dans l’affirmative, situer ce point.0,5pt

3. Avec quelle énergie cinétique le projectile passe-t-il au point B ? 0,5pt 4. On fixe la référence des énergies potentielles de pesanteur au plan horizontal passant par la plaine.

Calculer l’énergie mécanique du projectile au point A, puis au point C.

A h

H ho

S

C

V

o

eau

Plaine B Epp = 0

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P a g e 2 | 3 Comparer les résultats obtenus puis conclure. 1pt

Exercice 3 : Utilisation des acquis 3pts

On voudrait déterminer expérimentalement l’intensité de la pesanteur g d’un lieu. On étudie la chute libre verticale d’une bille d’acier lâché sans vitesse initiale. On dispose d’une règle verticale équipée de plusieurs photo capteurs équidistants. L’appareil mesure la durée mise par la bille pour passer devant chaque cellule et un ordinateur relié à ces capteurs calcule la vitesse V pour une hauteur h donnée. On a relevé le tableau de mesures suivant :

H(cm) 20 40 60 80 100

V(m/s) 1,980 2,803 3,433 3,964 4,432

Tâche :

Exploiter le graphe V² en fonction de h puis déterminer la valeur de l’intensité de la pesanteur g.

Indication : Tracer sur le papier millimétré la courbe avec une échelle convenable et déterminer la pente ; utiliser le TEC pour retrouver la relation entre V² et h dans le cas de la chute libre puis exploiter les relations obtenues.

Exercice 4 : Utilisations des acquis dans un contexte expérimental 8pts Situation problème1 : 4points

Madame MBE est une commerçante, elle vend le jus de gingembre dont le nom scientifique est zingiber officinale communément appelé « jus de djindja ». Après la préparation de cette boisson naturelle elle la conserve dans des bouteilles en verre d’un (1) litre, dans une enceinte thermiquement isolée à la température 𝜃

1

= 32 °C. Ce qui lui permet de satisfaire les clients qui aiment prendre le jus « chaud ». Pour les clients qui le consomment « froid », elle a fabriqué de façon artisanale, une caisse que l’on assimile à un calorimètre de valeur en eau négligeable, où elle fait ses mélanges pour obtenir la température voulue.

Au moment où il lui reste dans ses réserves douze (12) litres de jus chaud (𝜃

1

= 32 °C.), et quinze (15) morceaux de glace de masse m

2

= 75 grammes chacun à la température

𝜃

2

= -4 °C, elle reçoit une commande de 3 litres de jus de djindja à la température 𝜃

3

= 8 °C.

Données :

Bouteille en verre vide

*Masse bouteille vide m

0

= 390 grammes ;

*Capacité calorifique massique du verre c

v

= 720 J.kg

^-1

.K

^-1

. Jus de djindja

*Masse volumique 𝜌

𝑗

= 1,2 kg.L

^-1

;

*Capacité calorifique massique c

j

= 4300 J.kg

^-1

.K

^-1

. Glace

*Masse volumique 𝜌

𝑔

= 0,96 kg.L

^-1

;

*Capacité calorifique massique c

g

= 2090 J.kg

^-1

.K

^-1

;

*Chaleur latente de fusion L

g

= 3,3 . 10

⁵

J. kg

^-1

. Eau

*Capacité calorifique massique c

e

= 4180 J.kg

^-1

.K

^-1

.

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P a g e 3 | 3

1. Propose un protocole expérimental pour produire du jus de djindja à 8 °C à partir du jus chaud, avec le matériel dont elle dispose.

2. Prononce-toi sur la possibilité de satisfaire cette commande par madame MBE.

Situation problème2 4 points

Une petite bille de masse m=300g glisse sans roulement sur le trajet ABC. Il existe des forces de frottements d’intensité constante f=0,03N durant tout le parcours de la bille. Le trajet BC est un arc de cercle de centre O et de rayon R=2cm. On donne AB=L=500m,

θ=BOC=45° et g=10N/kg

1) Quelle est la vitesse VB de la bille lors de son passage en B sachant Qu’elle part du point A sans vitesse ? 1pt 2) L’équilibre de la bille en B est instable, celle-ci glisse alors vers le point C.

Déterminer la vitesse VC de la bille au point C. 1pt

3) Au point C est placé l’extrémité d’un ressort de raideur k=500N/m.

La bille but en C sur le ressort avec une vitesse Vc=3,4 m/s qu’il comprime.

Soit x la compression maximale du ressort (x est positif)

a) Par application du théorème de l’énergie cinétique, montrer la relation : kx² + 2x(f-mgsinθ)-mVc2 =0 1pt

b) b) Calculer la compression maximale x du ressort. 1pt