La calorimétrie (Q=m*c*deltaT)

La calorimétrie permet de déterminer les quantités de chaleur en cause lors d'une transformation.
L’énergie
ne se perd pas, elle se transforme. Elle peut changer de forme indéfiniment, car elle se transforme au gré des transferts d’énergie. Un transfert d’énergie peut s’effectuer de deux façons :

  1. sous forme de travail, ce qui implique un déplacement (une variation de volume ou une variation de la distance);
  2. sous forme de chaleur (dégagée ou absorbée).

Lors d’un transfert, la chaleur (ou l’énergie thermique) se déplace toujours du plus chaud au plus froid.

Pour calculer la quantité d’énergie transférée sous forme de chaleur, on utilise la relation suivante :

Q = m·c·ΔT

où Q représente la quantité d'énergie transférée en joules (J);
c représente la capacité thermique de la substance en J/(g·°C);
ΔT représente la variation de température (Tfinale - Tinitiale) en °C.


Puisque l’énergie (Q) se conserve lors des transferts, on peut également utiliser la relation suivante :

Q dégagée = Q absorbée

Enfin, on utilise la relation ci-dessous lors d’un transfert d’énergie pour une même substance possédant des quantités de masses (ou volumes) et des températures différentes.


(m1·T1) + (m2·T2) = (mtot·Ttot)

Les indices 1 sont associés à une substance (par exemple celle dont la température est élevée).
Les indices 2 sont associés à une deuxième substance (par exemple, celle dont la température est basse).
mtot est la masse totale des deux substances;
Tmoy est la température moyenne (moyenne des deux autres températures).

 

On mélange 100 ml d’eau froide avec 150 ml d’eau chaude. On mesure la température du mélange obtenu et le thermomètre indique 25 °C. Sachant que la température initiale de l’eau froide était de 7,5 °C, quelle était celle de l’eau chaude au départ ?

Solution :
m1 (eau froide) = 100 g (1 ml est équivalent à 1 g d’eau)
m2 (eau chaude) = 150 g
T1 (eau froide) =  7,5 °C
T2 (eau chaude) = ? (c’est ce que l’on cherche)
Tfinale = 25 °C

Soit la relation mathématique suivante :
(m1 · T1) + (m2 · T2) = (mtot · Tmoy)

Nous aurons alors...
(100 g  x  7,5 °C) + (150 g x T2) = (250 g x 25 °C)

La température initiale de l’eau chaude était donc de 36,7 °C

Les exercices

Les références

  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse