Caractéristiques thermiques d'un métal. Concours Geipi Polytech 2016. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts. . . . . On souhaite mettre en oeuvre un protocole de mesure permettant de déterminer les principales caractéristiques thermiques d’un métal : capacité thermique et conductivité thermique. 1ère expérience : On utilise une enceinte parfaitement calorifugée afin de réaliser une transformation adiabatique entre le métal et l’eau. - Le bloc de métal de masse mmétal = 2 kg à une température q2 = 82°C est plongé dans de l’eau initialement à q1= 17 °C. - L’eau a une masse meau= 1,5 kg. - Une fois à l’équilibre thermodynamique, l’ensemble atteint une température finale q3 = 31,5 °C. - On considérera que le système est l’ensemble {eau + métal} et que ces deux matériaux sont indéformables. IV-1- La capacité thermique massique de l'eau est ceau = 4180 SI. Quelle est son unité dans le système international. J kg-1 K-1. IV-2- Que valent les températures T1, T2 et T3 dans l’échelle de température absolue ? T1 = 273 +17 = 290 K ; T2 = 273 +82 = 255 K ; T3 = 273 +31,5 = 304,5 K. IV-3- Rappeler le premier principe de la thermodynamique dans le cas d’un tel système. IV-4- Que vaut le travail durant cette transformation ? Justifier votre réponse. IV-5- Que vaut la quantité de chaleur échangée par le système ? IV-6- Comment qualifier ce type de système ? DU = W+Q. Le système étant indéformable , n'échange pas de travail avec l'extérieur. Le système étant adiabatique, n'échange pas de chaleur avec l'extérieur. La variation d'énergie interne du système est nulle. Le système est isolé. IV-7- Exprimer la quantité de chaleur Qeau échangée. Calculer Qeau et préciser si cette quantité est reçue ou cédée par l'eau. Qeau = meau ceau(q3-q1). Qeau =1,5 *4180 *14,5 = 9,1 104 J. L'eau froide gagne de l'énergie. IV-8- Quel est la valeur de Qmétal ? Qmétal = mmétal cmétal(q3-q2) = -Qeau. IV-9- En déduire la capacité calorifique massique du métal ?. meau ceau(q3-q1) +mmétal cmétal(q3-q2) =0. cmétal = -meau ceau(q3-q1) / (mmétal (q3-q2)). cmétal = 1,5*4180* 14,5 / (2*50,5) = 900 = 9 102 J Kg-1 K-1. 2e expérience : On réalise un assemblage de 2 plaques de surface S = 350 cm2. La première en cuivre a une épaisseur e1 = 10 cm et une résistance thermique R1 = 5*10-3 S.I. La seconde est constituée du métal précédent possède une épaisseur e2 = 7 cm et une résistance thermique notée R2. - Un flux thermique F = 7 200 W est imposé entre les 2 faces de l’assemblage. - La température sur la face externe du cuivre vaut q4 = 200 °C tandis que l’autre face vaut q5= 77 °C. La résistance thermique de l’assemblage sera notée Rth. IV-10- Quelle est la nature du transfert thermique dans l’assemblage ? Conduction.  IV-11- Quelle est l’unité de la résistance thermique ? K W-1. IV-12- Exprimer la résistance thermique R2 du métal en fonction des données du problème. Calculer R2. R2 = e2/ (lcuivre S) ; R1 = e1/ (lcuivre S) ; RTh = R1 + R2 =(e1 +e2 / (lcuivre S) = DT / F. R2 = DT / F-R1 = (200-77) / 7200 - 5 10-3 = 1,21 10-2~ 1 10-2 K W-1. IV-13- Que vaut la conductivité thermique du métal lcuivre ? lcuivre=e2/(R2S )=   0,07/(1,21 10-2*350 10-4 )= 1,65 102 ~2 102 K W-1 m-1. IV-14- Exprimer littéralement la température q6 à la jonction entre les 2 métaux. Calculer q6. F = (q4-q6) / R1 ; q6 = q4- F R1  = 200-7200 * 5 10-3 = 164 °C. .

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