📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
1. Température et Énergie thermique
La température ($\theta$) est une grandeur qui mesure l'état d'agitation des molécules d'un corps. L'énergie thermique ($E_{th}$) est l'énergie liée à cette agitation. Attention : La température n'est pas l'énergie. Un corps peut être chaud (température élevée) mais avoir peu d'énergie thermique s'il est très léger.
2. Échelles de température
On utilise principalement le degré Celsius ($^\circ\text{C}$) et le Kelvin ($\text{K}$). La relation est : $$T(\text{K}) = \theta(^\circ\text{C}) + 273,15$$
3. La Chaleur ($Q$)
La chaleur est l'énergie échangée lors d'un transfert thermique. Pour un corps de masse $m$ et de capacité thermique massique $c$, la chaleur reçue ou cédée est : $$Q = m \cdot c \cdot (\theta_f - \theta_i)$$ Où :
- $Q$ en Joules ($\text{J}$)
- $m$ en kilogrammes ($\text{kg}$)
- $c$ en $\text{J}\cdot\text{kg}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$
- $\theta_i$ : température initiale ; $\theta_f$ : température finale.
4. Équilibre thermique
Lorsque deux corps de températures différentes sont mis en contact, ils échangent de la chaleur jusqu'à ce qu'ils atteignent une température commune appelée température d'équilibre ($\theta_{eq}$). À ce stade, la somme des chaleurs échangées est nulle : $\sum Q = 0$.
Méthodes à maîtriser
- Convertir les températures : Toujours savoir passer de $^\circ\text{C}$ à $\text{K}$.
- Calculer une variation de température : $\Delta \theta = \theta_f - \theta_i$.
- Déterminer la chaleur $Q$ : Identifier $m$, $c$ et $\Delta \theta$ dans l'énoncé.
- Trouver la capacité thermique massique $c$ : Utiliser la formule $c = \frac{Q}{m \cdot \Delta \theta}$.
Exemples corrigés
Exemple : On chauffe $0,5\text{ kg}$ d'eau ($c = 4180\text{ J}\cdot\text{kg}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$) de $20^\circ\text{C}$ à $60^\circ\text{C}$. Calculer $Q$. Solution :
- $\Delta \theta = 60 - 20 = 40^\circ\text{C}$ (ou $40\text{ K}$).
- $Q = 0,5 \times 4180 \times 40$.
- $Q = 83600\text{ J}$.
Erreurs fréquentes
- Oublier de convertir la masse en kg : Si l'énoncé donne des grammes ($\text{g}$), il faut diviser par $1000$.
- Confondre $Q$ et $\Delta \theta$ : $Q$ est une énergie (Joules), $\Delta \theta$ est une différence de température.
- Signe de $Q$ : Si $Q < 0$, le corps a cédé de la chaleur (refroidissement). Si $Q > 0$, il a reçu de la chaleur (chauffage).