Ajout de deux exos de thermo.

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Guyot 2022-08-14 10:49:12 +02:00
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@ -2373,6 +2373,34 @@ Les valeurs des c\oe fficients de dilatation thermique sont celles du tableau \r
} }
\begin{ex}\label{the}
Quelle chaleur faut-il fournir à un verre d'eau de \SI{2}{\deci\litre} pour faire passer sa température de \SI{20}{\celsius} à l'ébulition (\SI{100}{\celsius}) ? Sur quelle distance faut-il monter une masse de \SI{100}{\kilo\gram} pour dépenser la même énergie ? Réponse~: \SI{66880}{\joule} et \SI{68,88}{\metre}.
\begin{sol}
Il n'y a pas de changement de phase. Il faut la masse d'eau. Comme un litre a une masse de \SI{1}{\kilo\gram}, \SI{2}{\deci\litre} a une masse de \SI{0,2}{\kilo\gram}. Le résultat est donc donné par~:
\begin{align*}
Q&=m\cdot c_{eau}\cdot\Delta\theta\\
&=0,2\cdot 4,18\cdot 10^3\cdot (100-20)=\SI{66880}{\joule}
\end{align*}
La distance sur laquelle il faut monter la masse se calcule à partir du travail nécessaire pour le faire. Ainsi~:
\[A=mg\cdot d\;\Rightarrow\;d=\frac{A}{mg}=\frac{66880}{100\cdot 10}=\SI{68,88}{\metre}\]
\end{sol}
\end{ex}
\begin{ex}\label{lait}
Combien de grammes d'eau sous forme de vapeur à \SI{100}{\celsius} faut-il mettre dans un verre de \SI{2}{\deci\litre} de lait à \SI{20}{\celsius} pour le chauffer à \SI{50}{\celsius} ? On considère que le lait est entièrement formé d'eau. Réponse~: \SI{11}{\gram}.
\begin{sol}
Pour augmenter la température du lait, il faut la chaleur suivante~:
\begin{align*}
Q&=m\cdot c_{eau}\cdot\Delta\theta\\
&=0,2\cdot 4,18\cdot 10^3\cdot (50-20)=\SI{25080}{\joule}
\end{align*}
Cette chaleur va lui être fournie par la vapeur devenant de l'eau liquide à \SI{100}{\celsius}. La chaleur latente de vaporisation de l'eau étant donnée dans la table \ref{tabchaleurlat}, page \pageref{tabchaleurlat}, on trouve la masse nécessaire par~:
\[m=\frac{Q}{L_v}=\frac{25'080}{23\cdot 10^5}=\SI{0,011}{\kilo\gram}\]
Il faudra donc mettre \SI{11}{\gram} de vapeur d'eau.
\end{sol}
\end{ex}
\Closesolutionfile{ansos} % ferme le fichier SolutionsOS.tex qui contient les solutions OS. \Closesolutionfile{ansos} % ferme le fichier SolutionsOS.tex qui contient les solutions OS.
\Closesolutionfile{ans} % ferme le fichier Solutions.tex qui contient les solutions \Closesolutionfile{ans} % ferme le fichier Solutions.tex qui contient les solutions
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@ -2373,6 +2373,34 @@ Les valeurs des c\oe fficients de dilatation thermique sont celles du tableau \r
} }
\begin{ex}\label{the}
Quelle chaleur faut-il fournir à un verre d'eau de \SI{2}{\deci\litre} pour faire passer sa température de \SI{20}{\celsius} à l'ébulition (\SI{100}{\celsius}) ? Sur quelle distance faut-il monter une masse de \SI{100}{\kilo\gram} pour dépenser la même énergie ? Réponse~: \SI{66880}{\joule} et \SI{68,88}{\metre}.
\begin{sol}
Il n'y a pas de changement de phase. Il faut la masse d'eau. Comme un litre a une masse de \SI{1}{\kilo\gram}, \SI{2}{\deci\litre} a une masse de \SI{0,2}{\kilo\gram}. Le résultat est donc donné par~:
\begin{align*}
Q&=m\cdot c_{eau}\cdot\Delta\theta\\
&=0,2\cdot 4,18\cdot 10^3\cdot (100-20)=\SI{66880}{\joule}
\end{align*}
La distance sur laquelle il faut monter la masse se calcule à partir du travail nécessaire pour le faire. Ainsi~:
\[A=mg\cdot d\;\Rightarrow\;d=\frac{A}{mg}=\frac{66880}{100\cdot 10}=\SI{68,88}{\metre}\]
\end{sol}
\end{ex}
\begin{ex}\label{lait}
Combien de grammes d'eau sous forme de vapeur à \SI{100}{\celsius} faut-il mettre dans un verre de \SI{2}{\deci\litre} de lait à \SI{20}{\celsius} pour le chauffer à \SI{50}{\celsius} ? On considère que le lait est entièrement formé d'eau. Réponse~: \SI{11}{\gram}.
\begin{sol}
Pour augmenter la température du lait, il faut la chaleur suivante~:
\begin{align*}
Q&=m\cdot c_{eau}\cdot\Delta\theta\\
&=0,2\cdot 4,18\cdot 10^3\cdot (50-20)=\SI{25080}{\joule}
\end{align*}
Cette chaleur va lui être fournie par la vapeur devenant de l'eau liquide à \SI{100}{\celsius}. La chaleur latente de vaporisation de l'eau étant donnée dans la table \ref{tabchaleurlat}, page \pageref{tabchaleurlat}, on trouve la masse nécessaire par~:
\[m=\frac{Q}{L_v}=\frac{25'080}{23\cdot 10^5}=\SI{0,011}{\kilo\gram}\]
Il faudra donc mettre \SI{11}{\gram} de vapeur d'eau.
\end{sol}
\end{ex}
\Closesolutionfile{ansos} % ferme le fichier SolutionsOS.tex qui contient les solutions OS. \Closesolutionfile{ansos} % ferme le fichier SolutionsOS.tex qui contient les solutions OS.
\Closesolutionfile{ans} % ferme le fichier Solutions.tex qui contient les solutions \Closesolutionfile{ans} % ferme le fichier Solutions.tex qui contient les solutions
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@ -31,7 +31,7 @@ Mercure & \num{0,14e3}\\
\centering \centering
\begin{tabular}{|lll|} \begin{tabular}{|lll|}
\hline \hline
Matière & $L_{fusion}$ & $L_{vaporisation}$ \\ Matière & L\textsubscript{fusion} & L\textsubscript{vaporisation} \\
& \si{\joule\per\kilogram} & \si{\joule\per\kilogram} \\ & \si{\joule\per\kilogram} & \si{\joule\per\kilogram} \\
\hline \hline
\hline \hline

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@ -1044,3 +1044,24 @@ On a successivement~:
\[\Delta L=330\cdot 11\cdot 10^{-6}\cdot (30-0)=\SI{0,11}{\metre}\] \[\Delta L=330\cdot 11\cdot 10^{-6}\cdot (30-0)=\SI{0,11}{\metre}\]
\end{Solution} \end{Solution}
\begin{Solution}{74}
Il n'y a pas de changement de phase. Il faut la masse d'eau. Comme un litre a une masse de \SI{1}{\kilo\gram}, \SI{2}{\deci\litre} a une masse de \SI{0,2}{\kilo\gram}. Le résultat est donc donné par~:
\begin{align*}
Q&=m\cdot c_{eau}\cdot\Delta\theta\\
&=0,2\cdot 4,18\cdot 10^3\cdot (100-20)=\SI{66880}{\joule}
\end{align*}
La distance sur laquelle il faut monter la masse se calcule à partir du travail nécessaire pour le faire. Ainsi~:
\[A=mg\cdot d\;\Rightarrow\;d=\frac{A}{mg}=\frac{66880}{100\cdot 10}=\SI{68,88}{\metre}\]
\end{Solution}
\begin{Solution}{75}
Pour augmenter la température du lait, il faut la chaleur suivante~:
\begin{align*}
Q&=m\cdot c_{eau}\cdot\Delta\theta\\
&=0,2\cdot 4,18\cdot 10^3\cdot (50-20)=\SI{25080}{\joule}
\end{align*}
Cette chaleur va lui être fournie par la vapeur devenant de l'eau liquide à \SI{100}{\celsius}. La chaleur latente de vaporisation de l'eau étant donnée dans la table \ref{tabchaleurlat}, page \pageref{tabchaleurlat}, on trouve la masse nécessaire par~:
\[m=\frac{Q}{L_v}=\frac{25'080}{23\cdot 10^5}=\SI{0,011}{\kilo\gram}\]
Il faudra donc mettre \SI{11}{\gram} de vapeur d'eau.
\end{Solution}

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@ -87,7 +87,11 @@ Un exemple intéressant de dilatation linéaire est donnée par la déterminatio
Remarquons que le calcul donne la dilatation totale du rail. Il ne faut pas compter \SI{3}{\milli\metre} de chaque côté du rail. La dilatation est comptée d'un seul côté, l'autre étant considéré comme fixe. Remarquons que le calcul donne la dilatation totale du rail. Il ne faut pas compter \SI{3}{\milli\metre} de chaque côté du rail. La dilatation est comptée d'un seul côté, l'autre étant considéré comme fixe.
\section{Chaleur} \section{Chaleur}
La chaleur\index{chaleur} est une notion souvent associée à la température\index{temperature@température}. Il faut pourtant clairement les distinguer. Pour le comprendre, étudions les chaleurs spécifique et latente. La chaleur\index{chaleur} est une notion souvent associée à la température\index{temperature@température}. Il faut pourtant clairement les distinguer.
La température correspond à une mesure de l'agitation moléculaire. Elle est proportionnelle à l'énergie de mouvement des molécules et ses unités ne sont donc pas celles d'une énergie. La chaleur, quant à elle, correspond à un transfert d'énergie. Elle en a ainsi les unités, des joules.
Pour mieux le comprendre, étudions les chaleurs dites spécifique et latente.
\subsection{Chaleur spécifique\index{chaleur!spécifique}} \subsection{Chaleur spécifique\index{chaleur!spécifique}}
La chaleur spécifique \(c\) d'une matière est l'énergie \(Q\) qu'il faut fournir à \SI{1}{\kilogram} de celle-ci pour en élever la température de \SI{1}{\celsius}. En d'autres termes, on a~: La chaleur spécifique \(c\) d'une matière est l'énergie \(Q\) qu'il faut fournir à \SI{1}{\kilogram} de celle-ci pour en élever la température de \SI{1}{\celsius}. En d'autres termes, on a~:
@ -151,6 +155,7 @@ Autrement dit, pour changer l'état d'un corps d'une masse \(m\), il faut lui fo
\end{equation} \end{equation}
Évidemment, la chaleur latente est différente pour chaque transformation d'état. On trouve dans le tableau \ref{tabchaleurlat} les chaleur latentes de quelques matières pour chaque changement d'état. Les chaleurs latentes sont données positivement. Elles correspondent donc à un changement d'état qui nécessite un apport de chaleur au système pour se réaliser. Pour le changement d'état inverse, il suffit d'affecter à la chaleur latente un signe négatif. Pour l'eau, par exemple, la chaleur latente de fusion est de \SI{3,3e5}{\joule\per\kilogram}. La chaleur latente de solidification est donc de \SI{-3,3e5}{\joule\per\kilogram}. Évidemment, la chaleur latente est différente pour chaque transformation d'état. On trouve dans le tableau \ref{tabchaleurlat} les chaleur latentes de quelques matières pour chaque changement d'état. Les chaleurs latentes sont données positivement. Elles correspondent donc à un changement d'état qui nécessite un apport de chaleur au système pour se réaliser. Pour le changement d'état inverse, il suffit d'affecter à la chaleur latente un signe négatif. Pour l'eau, par exemple, la chaleur latente de fusion est de \SI{3,3e5}{\joule\per\kilogram}. La chaleur latente de solidification est donc de \SI{-3,3e5}{\joule\per\kilogram}.
% le code de cette commande se trouve dans le fichier Macros.tex
\tabchallat{tabchaleurlat} \tabchallat{tabchaleurlat}
Par exemple, on peut calculer la chaleur nécessaire à transformer \SI{3}{\kilogram} de glace en eau ainsi~: Par exemple, on peut calculer la chaleur nécessaire à transformer \SI{3}{\kilogram} de glace en eau ainsi~:

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@ -87,7 +87,11 @@ Un exemple intéressant de dilatation linéaire est donnée par la déterminatio
Remarquons que le calcul donne la dilatation totale du rail. Il ne faut pas compter \SI{3}{\milli\metre} de chaque côté du rail. La dilatation est comptée d'un seul côté, l'autre étant considéré comme fixe. Remarquons que le calcul donne la dilatation totale du rail. Il ne faut pas compter \SI{3}{\milli\metre} de chaque côté du rail. La dilatation est comptée d'un seul côté, l'autre étant considéré comme fixe.
\section{Chaleur} \section{Chaleur}
La chaleur\index{chaleur} est une notion souvent associée à la température\index{temperature@température}. Il faut pourtant clairement les distinguer. Pour le comprendre, étudions les chaleurs spécifique et latente. La chaleur\index{chaleur} est une notion souvent associée à la température\index{temperature@température}. Il faut pourtant clairement les distinguer.
La température correspond à une mesure de l'agitation moléculaire. Elle est proportionnelle à l'énergie de mouvement des molécules et ses unités ne sont donc pas celles d'une énergie. La chaleur, quant à elle, correspond à un transfert d'énergie. Elle en a ainsi les unités, des joules.
Pour mieux le comprendre, étudions les chaleurs dites spécifique et latente.
\subsection{Chaleur spécifique\index{chaleur!spécifique}} \subsection{Chaleur spécifique\index{chaleur!spécifique}}
La chaleur spécifique \(c\) d'une matière est l'énergie \(Q\) qu'il faut fournir à \SI{1}{\kilogram} de celle-ci pour en élever la température de \SI{1}{\celsius}. En d'autres termes, on a~: La chaleur spécifique \(c\) d'une matière est l'énergie \(Q\) qu'il faut fournir à \SI{1}{\kilogram} de celle-ci pour en élever la température de \SI{1}{\celsius}. En d'autres termes, on a~:
@ -151,6 +155,7 @@ Autrement dit, pour changer l'état d'un corps d'une masse \(m\), il faut lui fo
\end{equation} \end{equation}
Évidemment, la chaleur latente est différente pour chaque transformation d'état. On trouve dans le tableau \ref{tabchaleurlat} les chaleur latentes de quelques matières pour chaque changement d'état. Les chaleurs latentes sont données positivement. Elles correspondent donc à un changement d'état qui nécessite un apport de chaleur au système pour se réaliser. Pour le changement d'état inverse, il suffit d'affecter à la chaleur latente un signe négatif. Pour l'eau, par exemple, la chaleur latente de fusion est de \SI{3,3e5}{\joule\per\kilogram}. La chaleur latente de solidification est donc de \SI{-3,3e5}{\joule\per\kilogram}. Évidemment, la chaleur latente est différente pour chaque transformation d'état. On trouve dans le tableau \ref{tabchaleurlat} les chaleur latentes de quelques matières pour chaque changement d'état. Les chaleurs latentes sont données positivement. Elles correspondent donc à un changement d'état qui nécessite un apport de chaleur au système pour se réaliser. Pour le changement d'état inverse, il suffit d'affecter à la chaleur latente un signe négatif. Pour l'eau, par exemple, la chaleur latente de fusion est de \SI{3,3e5}{\joule\per\kilogram}. La chaleur latente de solidification est donc de \SI{-3,3e5}{\joule\per\kilogram}.
% le code de cette commande se trouve dans le fichier Macros.tex
\tabchallat{tabchaleurlat} \tabchallat{tabchaleurlat}
Par exemple, on peut calculer la chaleur nécessaire à transformer \SI{3}{\kilogram} de glace en eau ainsi~: Par exemple, on peut calculer la chaleur nécessaire à transformer \SI{3}{\kilogram} de glace en eau ainsi~: