l`energie thermique

L'ENERGIE THERMIQUE
Introduction : utilisation de l’énergie thermique dans l’hôtellerie et la
restauration :
 Appareils producteurs de chaleur : Grill, Fours, Brûleurs, Radiateur,
Chauffe-eau
 Appareils producteurs de froid : réfrigérateurs, congélateurs, chambres
froides, cellules de refroidissement
Lorsqu’un corps reçoit de l’énergie thermique il peut :
 emmagasiner cette chaleur et élever sa température
 changer d’état
I- Quantité de chaleur et variation de température.
Lorsque deux corps de nature différente reçoivent la même quantité d’énergie,
leur température augmente différemment.
La variation de température dépend de la nature du corps, de sa chaleur
massique.
1/ La chaleur massique.
Définition : Elle correspond à la capacité d’un corps à capter l’énergie
thermique. La chaleur massique est la quantité de chaleur nécessaire pour élever
la température de 1 kg de corps pur de 1°C.
Représentée par Cm
Unité : J.(kg.°C)-1
Exemples :
Cm = 4180 J.(kg.°C)-
Eau pure
1
Cm = 2200 J.(kg.°C)-
Glace
1
Cm = 1830 J.(kg.°C)-
Vapeur d’eau
1
Cm = 2480 J.(kg.°C)-
Alcool
1
Cm = 1250 J.(kg.°C)-
Huile
1
Cm = 460 J.(kg.°C)-1
Fer
Premières, MAN
1
Energie
2/ Application.
Calculer la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de 2 kg
d’eau pure de 1°C :
Q = 4180 x 2 = 8360 J
 Calculer la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de 2 kg
d’eau pure de 2°C :
Q = 8360 x 2 = 16 720 J
On en déduit la relation suivante :

Q = m . Cm . (tf – ti)
Q : quantité
d’énergie
thermique en
Joules
m : masse du
corps en kg
Cm : chaleur
tf : température
massique du corps finale
en J.(kg.°C)-1
ti : température
initiale
II- Les changements d’état
1/ Principe
Lorsqu’un corps reçoit suffisamment d’énergie thermique, ses grains de matières
(molécules et atomes) se disposent de façon de plus en plus désordonnée les uns
par rapport aux autres passant ainsi d’une structure très ordonnée (état solide) à
une structure très désordonnée (état gazeux)
Solide
Liquide
Gaz
chaleur
chaleur
Remarque : Les changements d’état s’effectuent toujours à une même
température pour un corps pur donné (à une pression donnée).
Par exemple l’eau passe de l’état solide à l’état liquide à 0°C, de l’état liquide à
l’état gazeux à 100°C.
Premières, MAN
2
Energie
2/ Les différents changements d’état
LIQUIDE
Solidification
Fusion
Vaporisation
Liquéfaction
ou condensation
à l'état liquide
Condensation
à l'état solide
SOLIDE
GAZ
Sublimation
3/ Notion de chaleur latente.
Lorsqu'un corps change d'état une certaine quantité de chaleur est échangée.
Cette quantité de chaleur est appelée chaleur latente. Elle dépend de la nature du
corps en question.
Définitions :
Chaleur latente de fusion : C’est la quantité de chaleur nécessaire pour faire
passer 1 kg de corps pur à l’état solide à l’état liquide.
Exemples :
Glace
334 kJ.kg-1
Légumes
313,5 kJ.kg-1
Viande
234 kJ.kg-1
Poissons
263,3 kJ.kg-1
Chaleur latente de vaporisation : La chaleur latente de vaporisation est la
quantité de chaleur nécessaire pour faire passer 1 kg de corps pur de l’état
liquide à l’état gazeux.
Exemple :
Eau
2257 kJ.kg-1
Premières, MAN
3
Energie
Exercice d’application :
Calculer la quantité de chaleur nécessaire pour amener la température de 2 kg
de glace de -30°C à + 120°C.
2 kg de
glace à
-30°C
2 kg de
glace à
0°C
2 kg
d'eau à
0°C
2 kg
d'eau à
100°C
Elévation de
température
2 kg de
vapeur
à 100°C
2 kg de
vapeur
à 120°C
Changement
d'état
Représentation de l’évolution de la température en fonction de la quantité de
chaleur fournie :
Température (°C)
120
100 2 kg de
glace à
0°C
2 kg
d'eau à
0°C
2 kg
d'eau à
100°C
0
-30
2 kg de
vapeur à
100°C
Chaleur (J)
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
 Calcul de la quantité de chaleur Q1 pour élever la température de 2 kg d’eau
de -30 à 0°C :
Q1 = m . Cm . (tf – ti) = 2 x 2,2 x (0 + 30) = 132 kJ

Calcul de la quantité de chaleur Q2permettant la fusion de 2 kg de glace :
Q2 = m . CL = 2 x 334 = 668 kJ

Calcul de la quantité de chaleur Q3 pour élever la température de 2 kg d’eau
de 0 à 100°C :
Q3 = m . Cm . (tf – ti) = 2 x 4,18 x (100 - 0) = 836 kJ

Calcul de la quantité de chaleur Q4permettant la vaporisation de 2 kg d’eau :
Q4 = m . CL = 2 x 2257 = 4514 kJ

Calcul de la quantité de chaleur Q5 pour élever la température de 2 kg d’eau
de 100 à 120°C :
Q5 = m . Cm . (tf – ti) = 2 x 1,83 x (120 - 100) = 73,2 kJ
 Calcul de la quantité totale de chaleur à fournir
Qt = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 6223 kJ
Premières, MAN
4
Energie
4/ Cas particulier : les refroidissements
Lors de sa condensation, un corps cède de la chaleur. La réaction est dite
exothermique.
La quantité de chaleur cédée au cours de la condensation est identique à celle
absorbée lors de la fusion (ou de la vaporisation).
Premières, MAN
5
Energie