> STDI Pdf Gris PARtiE 2 séQuence -4 Manuel unique, p. 186 Manuel de chimie, p. 100) Effets physiques des transferts thermi Le programme notions et contenus Compétences attend or 14 Sni* to View CoMPrEndrE – Cohésion et transformations de la matière – Variation de température et transformation physique – Interpréter à l’échelle microscopique les aspects énerd’un systèm e par transfert thermique. gétiques d’une variation de température et d’un changement d’ét at. Pratiquer une démarche expérimentale pour mesurer une énergie de changement d’état. Les compétences à acquérir dans la séquence 1. Connaitre les principaux effets d’un transfert thermique sur la matière. 2. Interpréter ces effets au niveau microscopique. 3. Mesurer une énergie de changement d’état. L’eau est utilisée pour transférer de l’éne rgie sous forme thermique dans le bain- marie et le chauffage central, par exemple. L’activité 2 met en évidence la valeur particu lièrement élevée de la capacité thermique massique de l’eau.
Situation 3 Cette situation doit amener l’élève à prendre conscience que, pou r passer de l’état liquide à l’état solide, l’eau (ainsi que tous les autres composés) doit céder de l’énergie ? on environnement : Peau qui gèle peut ainsi limiter le refroidissement des feuilles. 101 04732835_. indb 101 19/07/11 18:06 L’activité 3 propose de déterminer l’énergie massique de fusion d e la glace : cette valeur permet de calculer l’énergie cédée par une masse d’eau, par exemple présente sur les feuilles d’une plante, ors de son passage de l’état liquide à l’état solide (voir aussi l’exercice 22).
Activités Activité 1 Corps purs et mélanges p. 188 température (oc) 20 12 Puisque les premiers cristaux apparaisse ntà 12 minutes, la température est de 7 oc environ. c. n mélange eau-sel gèle à une température inférieure à O oc : I e verglas ne se formera que si les températures sont très basses. d. Le changement d’état d’un corps pur se fait à température con stante ; ce n’est en général pas le cas pour les mélanges. 3. a. Ce liquide est (très probablement) un corps pur puisqu’on voi t des paliers qui correspondent aux changements d’état. . -98 oc. c. Ce liquide est un corps pur, dont la température de fusion n’est pas de 0 DC. Cela ne peut pas être de l’eau. 4. Quand on retire de l’énergie à un corps, soit sa température di inue, soit il subit un changement d’état. Ceci est vrai pour les corps purs et pour les mélanges, mais seuls I es mélanges peuvent avoir simultanément une diminution de tem pérature et un changement d’état. Pour les corps purs, les change ments d’état se font à température constante. Activité 2 Stockage d’énergie sous forme thermique p. 189 1 . a.
D’après l’expérience réalisée, le système qui atteint la tempér ature la plus élevée est le A. b. Dans le bécher A on a ajouté le corps ayant la température la plus basse et la masse la plus faible ; ourtant, c’est l’eau du bécher A qui atteint finalement la tempéra ture la plus haute : cela montre qu’il y a au moins un autre paramètre. l’expérience, TC est inférieure à TB. b. La réponse à la question 2. a est un contre-exemple à cette affirmation, qui est donc fausse. 3. D’après les résultats des expériences 1 = brique ; 2 = eau liquide ; 3 = cuivre. . Le bécher contenant de l’eau joue le rôle de la pièce (contenant entre autres de l’air), la brique chauffée joue le rôle du radiateur a accumulation. 5. L’eau peut entraîner des problèmes de corrosion et, si elle est ? la pression atmosphérique, elle ne peut pas être chauffée au-delà de 100 oc sans changer d’état. 6. Ces radiateurs emmagasinent de l’énergie quand elle coûte moins cher et la restituent quand elle coûte cher : ils permettent de faire des économies d’argent (pour ceux qui ont un contrat EDF avec des heures creuses mais pas d’énergie… . Les trois paramètres importants pour les matériaux utilisés dans les radiateurs à accumulation sont la température à laquelle on peut les chauffer ; – leur masse ; – leur capacité thermique massique, qui dépend de la nature du atériau. Activité 3 Mesure d’une énergie de changement d’état p. 190 Les applications numériques sont effectuées pour Ti = 22,0 oc et Tmin 14 oc : on ne peut espérer avoir plus de précision sur la détermination de la température minimale atteinte par le système (même si le thermomètre affiche un chiffre après la vi gule). . L’énergie cédée par l’eau qui se refroidit est : Q = mi -c • (Tmin – Ti)- 200 Y 4 18 Y 14-22,0) = – 103 J = 6,7 kJ. (14 22,0) Y – kJ. 2. Si on néglige l’énergie échangée avec le calorimètre et l’extérieur, toute l’énergie cédée par l’eau est eçue par les glaçons puisque l’énergie se consewe, donc : QC +Q=O soit QC = kJ. 3. Lors de la fonte des glaçons, il y a conservation de la masse d’eau : pour une masse de 20,5 g de glaçon, par exemple, on obtient donc 20,5 g d’eau liquide.
L’énergie nécessaire pour échauffer cette masse m2 d’eau de O oc à Tmin est QD = 103] = kJ. 4. Une partie de Pénergie reçue par les glaçons est utilisée pour les faire fondre, l’autre partie pour échauffer l’eau de fonte de 0 oc à la température Trnin : QC = Qfusion + QI D’où Qfusion = QC – QD soit Qfusion = 6,7 – 1,2 = kJ. 5. ,5 kJ sont nécessaires pour faire fondre 20,5 g de glaçon, donc l’énergie massique de fusion de la glace Lfusion = = O, 27 kJ . g-l soit Lfusion Y g. i. 20, 5 6. b.
Les écarts entre les différents groupes s’expliquent, en dehors des erreurs de manipulation, par le matériel différent (calorimètre plus ou moins efficace par exemple) et la précision des manipulations (rapidité avec laquelle les glaçons sont introduits dans le calorimètre, etc. ). c. La valeur retenue pour l’ensemble de la classe peut être la valeur moyenne de tous les résultats, après exclusion des valeurs aberrantes. aleur expérmentale – valeur attendue d. On peut calculer l’écart relatif par la formule : valeur attendue 7. pour PAGF s OF 7. our Tf- 15,3 oc, par exemple, on peut conclure que le calorimètre ne permet pas une isolation thermique parfaite, puisque la température Tmin n’est pas stable. 8. On pourrait en particulier tenir compte de la capacité thermique du calorimètre. PARTIE 2 – Séquence 5 04732835—indb 103 Effets physlques des transferts thermiques 103 9. Cette méthode basée sur la conservation de l’énergie est applicable pour la détermination d’autres ?nergies massiques de changement d’état, mais la mise en œuvre expérimentale peut être plus délicate.
Par exemple, pour déterminer la valeur de l’énergie de vaporisation du diazote, on introduit du diazote liquide dans un calorimètre et on mesure l’énergie reçue par de l’eau, initialement placée dans le calorimètre, lors de cette vaporisation. exercices Compétence 1 . thermique sur la matière 1 a. Vrai. Connaître les principaux effets d’un transfert b. Faux. II faut en plus qu’ PAGF 6 OF mpératures différentes. solidification ; C : vaporisation ; D : liquéfaction E : condensation F : sublimation. 4 1 L’évaporation est un passage progressif de l’état liquide ? l’état gazeux.
Elle est différente de l’ébullition, qui est une transition rapide. 2. L’eau contenue dans une casserole posée sur une plaque chauffante peut être portée à l’ébullition. Dans le linge qui sèche à l’air, l’eau s’évapore. 3. Sous la pression atmosphérique, l’eau pure est à l’ébullition si la température vaut 100 oc. Pour l’évaporation, la température peut être nettement plus basse. 4. L’ébullition se produit dans tout le volume du liquide, avec ormation de bulles ; elle a lieu à une température fixe qui ne dépend que de la pression extérieure.
L’évaporation se produit ? la surface du liquide , elle peut avoir lieu à une température inférieure à la température d’ébullition. 5 1 . Pour l’eau, température de fusion : O oc ; température d’ébullition : 100 oc. 2. a. Le mercure est à l’état liquide à la température de 20 oc. b. L’or devient liquide au-dessus de 1 062 oc. c. L’acide éthanoïque, qui est liquide à 20 ‘C, subit une solidification. 6 1 . Dans le flacon A, on voit du solide. Le seul halogène qui est ? l’état solide dans les conditions ordinaires est le diiode.
Dans le flacon B, an voit du liquide : d’après les données, le seul halogène liquide dans les conditions ordinaires est le dibrome. 2. Il s’est produit une subllmation. 3. Il s’est produit une vaporisation. Compétence 2 : Interpréter les effets d’un transfert the 7 2 s’est produit une vaporisation. Compétence 2 : Interpréter les effets d’un transfert thermique au niveau microscopique 7 a. Faux. Quand la température d’un corps augmente, l’agitation des particules qui le constituent augmente. b. Faux.
Les températures de changement d’état dépendent des interactions entre les molécules. c. Faux. Pour que ce soit vrai, la température du glaçon doit être de O oc. 104 04732835_. indb 104 8 Plus la température est haute, plus l’agitation des particules d’ eau sur le linge est grande : elles peuvent plus facllement qultter I e linge pour passer dans l’air. 9 1. Avant le mélange, la vitesse moyenne des particules de l’éch antillon 3 est supérieure à celle des particules de l’échantillon A car TB > TA. 2. VA temps IO 1. Non : sous la pressi PAGF ique, la température d’éb
