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transfert d'énergie
Bonjour,
je bloque sur un exercice de transfert d'énergie, j'ai cherché sur internet & regardé des vidéos malheureusement je ne comprends pas car les exercices ne sont pas similaires à celui que j'ai 
Un calorimètre contient une masse d'eau, m1=400g, à la température
1=20,0°C
On plonge dans ce calorimètre un bloc de plomb, de masse m2=400g , que l'on retire d'une étuve où il a été chauffé à la température
2=100°C
Données :Capacité calorifique massique de l'eau c1=4 180 J.kg-1.°C-1 ; Capacité calorifique massique du plomb c2= 130 J.kg-1.°C-1.
1. En considérant que l'enceinte du calorimètre est parfaitement adiabatique, indiquer quelle est la variation de l'énergie interne du système S composé de l'eau et du bloc de plomb dans le calorimètre.
2. En considérant l'eau comme sous système S1et le bloc de plomb comme le sous système S2, indiquer la nature des transferts entre ces deux sous systèmes.
3. Comment évoluent les températures de l'eau et du bloc de plomb durant la transformation ?
4. Exprimer, en fonction de m1, m2,
1, 2, c1, c2 et d'une autre grandeur que l'on précisera, les variations d'énergie interne de chacun des deux sous systèmes au cours de la transformation.
5. Déterminer la valeur de la grandeur introduite à la question précédente.
Voilà, je vous explique quand même ce que j'ai essayé de faire pour la 1 :
- J'ai calculé C1=m1*c1=0,4*4180=1672 J.K-1 & C2=0,4*130=52 J.K-1
- Puis j'ai tenté de calculer leur
U séparément :
U1=C1*T=1672*(100-20)=133760 J
U2=52*80=4160 J.
Dois-je additionner
U1 & U2 ?
Merci pour votre aide
Bonjour,
La première chose à faire est de proposer des réponses aux 3 premières questions qui sont faites pour t'aider à comprendre ce qui se produit après avoir plongé le Plomb dans l'eau.
Ces questions ne nécessitent aucun calcul.
Je ne comprends pas la question 1, je sais qu'il ne s'agit pas d'indiquer le type de transfert ni de quelle manière U varie.. j'aurai plus eu tendance à dire qu'elle diminue puisque si m1=m2 et que c1>c2 alors U1>U2..
Pour la question 2, j'aurai dit qu'entre le S1 et le S2 il y a : conduction thermique (dans le cas des solides, c'est l'unique mode de transfert thermique possible) et convection thermique (on parle de convection thermique lorsque le transfert thermique est provoqué par le mouvement interne du fluide qui compose le système)
Pour la question 3, je dirai que l'eau se réchauffe car on y a plongé un bloc de plomb de température 2= 100°C tandis que le bloc de plomb se refroidit car l'eau est à une température 1=20,0°C
Question 1:
Le calorimètre est supposé être adiabatique, donc n'avoir aucun échange thermique avec le milieu extérieur. Dans ces conditions l'énergie interne du système S qu'il contient (eau + Plomb) reste constante et donc la variation ΔU de cette énergie interne est nulle : ΔU = 0
Question 2:
La question porte sur la nature des transferts entre S1 et S2.
Je pense que la réponse attendue est : Transfert thermique entre ces deux sous systèmes.
Ta réponse porte plus sur le mode de transfert que sur la nature de ce transfert.
Question 3 :
Tu as raison, la température de l'eau augmente tandis que celle du plomb diminue.
Cette réponse gagne a être précisée pour préparer efficacement les questions 4 et 5 :
La température de S1 (l'eau) passe de θ1 = 20°C à la température d'équilibre θe dont la valeur est pour l'instant inconnue tandis que celle de S2 (le plomb) passe de θ2 = 100°C à θe
Quand l'échange thermique est terminé l'eau et le plomb sont à la même température θe
Je te laisse faire de nouvelles propositions de réponses pour les questions 4 et 5
D'accord merci pour vos précisions bien expliquées
4. On sait que U=C*T et que C=m*cm alors on a :
- (S1) : U1 =m1*c1*(2-1)
-(S2) :
U2=m2*c2*(2-1)
Pour ce qui est de la grandeur.. je n'ai pas d'idée car il me semble qu'il ne manque rien à préciser..
En écrivant comme tu le fais que U1 =m1*c1*(2-1)
tu fais passer S1 ( l'eau ) de la température θ1 = 20°C à la température θ2 = 100°C
Donc tu ne tiens pas compte de mon explication : L'eau passe de θ1 = 20°C à la température d'équilibre θe.
C'est cette température d'équilibre θe qui est "l'autre grandeur" évoquée par l'énoncé.
Bien entendu les mêmes remarques s'appliquent pour le calcul de U2
Je te laisse corriger les expressions de U1 et de U2
Mince, ok alors on a :
(S1) : U1=m1*c1*(e-1)
(S2) :
U2=m2*c2*(2-e)
Donc, e est la grandeur à préciser.
5. Pour trouver e je calcule la moyenne des températures, soit : e= 1+2 / 2 = 20 + 100 / 2 = 60°C.
Donc la température d'équilibre e est de 60°C.
Cette fois j'espère que c'est bon
Question 4 :
OK pour :
U1=m1*c1*(e-1)
En sciences en général et en physique en particulier une variation est la différence entre la valeur finale et la valeur initiale.
Je corrige en conséquence l'expression que tu as donnée de U2 :
U2=m2*c2*(e-2)
Question 5 :
La solution que tu proposes sort tout droit de .... ton intuition
Cela ne suffit pas. Il faut une démonstration.
De plus, ici, il se trouve que ton intuition est fausse.
Je propose :
La variation d'énergie interne du système S est égale à la somme des variations d'énergie interne des sous systèmes S1 et S2
ΔU = ΔU1 + ΔU2
Or on a vu (question 1) que ΔU=0
Donc ΔU1 + ΔU2 = 0
m1 c1 (θe - θ1) + m2 c2 (θe - θ2) = 0
Les valeurs de m1, m2, c1, c2, θ1 et θ2 sont connues : On peut donc exprimer θe puis calculer sa valeur numérique.
D'accord merci pour les corrections 
Pour ce qui est de la valeur de e :
m1*c1(e-1) + m2*c2(e-2) = 0
1672e-490146,8 + 52e-19403,8 = 0 (j'ai converti les °C en K)
1724e-509550,6=0
e = 509550,6 / 1724
e = 295,6 K soit 22,45 °C
Tu as correctement résolu l'exercice.
Quelques remarques :
a) La conversion Celsius / Kelvin suivie en fin de calcul par la conversion inverse est inutile. On peut mener tout le calcul en °C car les différences de température ont la même valeur dans une unité ou dans l'autre.
b) La précision du résultat est exagérée. Les données de l'énoncé sont pour la plupart fournies avec 3 chiffres significatifs et il vaut mieux rendre θe = 22,4°C que 22,45°C
C'est d'autant plus vrai que l'énoncé passe sous silence le fait que l'intérieur du calorimètre participe nécessairement aux échanges thermiques.
c) Il est nettement préférable de mener un calcul littéral avant de passer à l'application numérique.
On obtient alors :
et on termine en remarquant que puisque m1 = m2 :
merci pour votre aide! 
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