Termologie: concepts, formules et exercices

Qu'est-ce que la thermologie ?

Thermologie est l'étude scientifique des phénomènes liés à Chauffer et le Température, tels que les transferts de chaleur, l'équilibre thermique, les transformations subies par les gaz, les changements d'état physique, etc.

Température

Température c'est la mesure du degré d'agitation des particules qui composent un corps. La température d'un corps est directement proportionnel la vitesse à laquelle ses atomes et molécules vibrent, tournent ou même se traduisent.

La température est l'une des grandeursfondamentaux de la nature, avec le métro C'est comme deuxième, par example. Au systèmeInternationaldansunités (SI), l'unité utilisée pour mesurer la température est le Kelvin (K). Cette échelle de température est considérée comme absolue, car elle n'admet pas de valeurs négatives et peut être directement déterminée par la vibration thermique des atomes. Par conséquent, nous disons que la température la plus basse possible est de 0 K, également appelée zéro absolu.

Malgré l'existence du Kelvin, d'autres échelles usuelles, basées sur d'autres substances, telles que

Celsius et Fahrenheit, continuer à être utilisé dans le monde. La figure ci-dessous montre trois thermomètres gradués sur les échelles existantes les plus courantes: Celsius,Kelvin et Fahrenheit :

échelles thermométriques

À Balancethermométrique sont utilisés pour mesurer la température à partir d'une référence. Généralement, on prend deux points fixes auxquels le corps ou la substance de référence présenterait les mêmes propriétés telles que le volume, la densité, la conductivité ou la résistance électrique, la longueur, etc.

LES escaladerCelsius c'est le thermomètre le plus utilisé au monde. C'est une échelle centigrade, c'est-à-dire qu'elle a 100 divisions de taille égale entre ses points fixes, 0 ºC et 100 ºC, appelés degrés. Comme c'est une échelle usuelle, elle admet des températures négatives: son zéro absolu a une valeur d'environ -273,5 °C.

Voirégalement: Thermomètres et échelles thermométriques

LES escaladerFahrenheit, à son tour, il est utilisé dans quelques pays, comme les États-Unis et l'Angleterre. Il a été développé de telle sorte que le point de La fusion d'eau est égal à 32°F. Ainsi, même en atteignant des températures basses, il est peu probable que des températures négatives soient observées dans les pays qui utilisent cette échelle. la température de ébullition d'eau dans Fahrenheit est de 212°F.

LES escaladerKelvin était basée sur l'agitation thermique des atomes d'hélium de telle sorte que, lorsqu'ils atteignent le repos total, ces atomes se voient attribuer une température de 0 K. Aujourd'hui, nous savons que cette température très basse est en fait inaccessible.

Pour convertir des valeurs de température exprimées dans l'une des échelles mentionnées ci-dessus, on peut utiliser les équations suivantes :

T_K – température en Kelvin
T_F – température en degrés Fahrenheit
T_Ç – température en Celsius

Chaleur

nous disons que Chauffer est l'énergie thermique transférée entre les corps qui se rencontrent dans températuresbeaucoup de différents, étant donc une forme d'énergie. De plus, la chaleur voyage toujours du corps avec la température la plus élevée vers les corps avec la température la plus basse, jusqu'à ce que l'équilibre thermique soit établi.

La chaleur peut être transmise par trois processus :

• Conduite: transmission de chaleur par contact avec des surfaces;

• Convection: transmission de chaleur due à la formation de courants convectifs dans un fluide ;

• Irradiation: transmission de chaleur par ondes électromagnétiques.

Voirégalement:Processus de propagation de la chaleur

Il n'y a que deux formes de chaleur: Chaufferlatent et Chauffersensible:

• Chaleursensible: est la forme de chaleur responsable du changement de température dans un corps. Lorsqu'un corps reçoit de la chaleur sensible, sa température s'élève; quand le même corps cède de la chaleur sensible, sa température baisse.

• Chaleurlatent: c'est la quantité de chaleur qui doit être transférée pour qu'un corps ou une substance change d'état physique. Lorsqu'un corps est à température d'ébullition ou de fusion, par exemple, sa température ne change pas, même s'il reste exposé à une source de chaleur. Il n'y a pas de changements de chaleur lorsqu'un corps échange de la chaleur latente, juste des changements d'états physiques. C'est pourquoi on dit qu'il reçoit Chaufferlatent.

Voirégalement: Différences entre chaleur sensible et chaleur latente

Dilatation thermique

LES dilatationthermique il se produit lorsqu'un corps reçoit ou dégage de grandes quantités de chaleur. Outre le monnaiedansTempérature ou le vôtre Etatdansagrégation (état physique), le transfert de chaleur à un corps peut entraîner des modifications de ses dimensions. La dilatation thermique dépend de la variation de température subie par le corps, en plus de son coefficient de dilatation linéaire,peu profond et volumétrique.

Selon la forme du corps, il est possible de déterminer laquelle de ses dimensions est la plus favorisée. Par exemple, une aiguille a une forme allongée, donc la dilatation la plus importante dans ce cas est la linéaire. Au total, il existe trois formes de dilatation thermique :

• Dilatation linéaire: modification de la longueur d'un corps. Cela dépend de son coefficient de dilatation linéaire (α).

• Dilatation superficielle: changement subi par la zone d'un corps. Elle dépend du coefficient de dilatation surfacique (β).

• Dilatation volumétrique: changement s'est produit dans le volume d'un corps. Cela dépend du coefficient de dilatation volumétrique (γ).

Les joints de dilatation sont utilisés pour que les barres de chemin de fer ne se dilatent pas et, par conséquent, ne se plient pas.

Voirégalement:Dilatation thermique des solides

Thermodynamique

LES Thermodynamique est un domaine important de la thermologie qui étudie les relations entre Chauffer,travail,Température et d'autres quantités, comme pression,le volume, etc. Il est chargé d'établir lois qui régissent toutes les transformations que peut subir la matière, comme la loi de conservation de l'énergie, également connue sous le nom de première loi de la thermodynamique.

Voirégalement:Fondamentaux de la calorimétrie

Découvrez les lois de la thermodynamique et une brève description de son contenu :

• Loi zéro de la thermodynamique: est la loi de l'équilibre thermique. Cette loi dit que tous les corps ont tendance à échanger de la chaleur jusqu'à ce qu'ils atteignent l'équilibre thermique.

• Première loi de la thermodynamique: est la loi de préservation d'énergie. Cette loi stipule que toute la chaleur reçue par un système au cours d'un processus thermodynamique peut être convertie en travail ou en une augmentation de son énergie interne.

• Deuxième loi de la thermodynamique: est la loi de entropie. Cette loi stipule que tous les systèmes qui reçoivent de la chaleur ont tendance à atteindre des niveaux d'organisation de plus en plus bas.

• Troisième loi de la thermodynamique : est la loi du zéro absolu. Cette loi nous dit que le zéro absolu est en fait inaccessible. Peu importe à quel point un corps est froid, il ne sera jamais à 0 K.

Formules de thermologie

Découvrez quelques formules de thermologie qui peuvent être utiles pour votre étude :

• Conversion d'échelles thermométriques

• Calcul de la chaleur sensible

  

  Q - chaleur sensible
  m - Pâtes
  ç – chaleur spécifique
  T - variation de température

• Calcul de la chaleur latente

Q - Chauffer
m - Pâtes
L - chaleur latente

• dilatation thermique linéaire

  

  L – longueur finale
  L₀ – longueur initiale
  T - variation de température
  α – coefficient de dilatation linéaire

• dilatation thermique de surface

  

  s – zone finale
  s₀ – zone initiale
  T - variation de température
  β – coefficient de dilatation surfacique

• Dilatation thermique volumétrique

  

  V - Volume final
  L₀ – volume initial
  T - variation de température
  γ – coefficient de dilatation volumétrique

• Première loi de la thermodynamique

U – variation d'énergie interne
Q - Chauffer
τ - travail

Résumé

• Température: plus un corps est chaud, plus la vibration de ses molécules est grande. Une telle agitation est appelée température.

• Chaleur: lorsque deux corps de températures différentes se rencontrent en contact thermique, la chaleur est transférée du corps à température plus élevée vers le corps moins chaud

• Balancethermométrique : sont utilisés pour représenter les températures dans différentes unités, telles que Celsius et Fahrenheit.

• Dilatationthermique: lorsqu'un corps reçoit de la chaleur et subit des augmentations de température, ses dimensions peuvent augmenter. Cet effet est appelé dilatation thermique.

Voir aussi: Quelle est la différence entre la chaleur et la température ?

Exercices de thermologie

1) Un thermomètre calibré sur l'échelle Fahrenheit indique une température de 68°F. Quelle est la valeur de cette température sur l'échelle Celsius ?

Résolution

convertir Fahrenheit dans Celsius, nous utiliserons la formule ci-dessous :

2) Un corps avec 10 g de chaleur spécifique égale à 1,2 cal/g °C est soumis à une variation de température de 25 °C. Déterminez la quantité de chaleur transférée à ce corps pendant le processus.

Résolution

L'énoncé de l'exercice indique qu'il y a eu une variation de température pour ce corps. Par conséquent, nous utiliserons la formule qui calcule la quantité de chaleur sensible :

En reprenant les données fournies par l'exercice, nous devrons :

3) Dans un processus thermodynamique, il faut 500 cal pour fondre un corps de masse égale à 10 g, qui est à l'état solide, à sa température de fusion. Déterminer la chaleur latente de fusion de ce corps.

Résolution

Pour faire le calcul que vous demandez, nous utiliserons la formule de la chaleur latente :

En utilisant les données qui ont été renseignées, nous devrons :

4) Cochez l'alternative qui présente le nom du procédé de transmission de chaleur par ondes électromagnétiques :

a) Conduite

b) Convection

c) Transmission

d) Irradiation

e) Dilatation

Résolution

La transmission de la chaleur par les ondes électromagnétiques est appelée irradiation. Grâce à ce processus, le Soleil est capable de chauffer la surface de la Terre.

5) Une barre métallique homogène d'une longueur égale à 1,5 m est chauffée jusqu'à ce que sa température de 25 °C atteigne 150 °C. Considérant que le coefficient de dilatation linéaire de cette barre est de 1,2.10^-5 °C^-¹, déterminez la longueur finale de la barre après chauffage.

Résolution

Le type de dilatation subi par une barre est linéaire. Par conséquent, pour calculer la longueur finale de cette barre, nous ferons le calcul suivant :

Par moi Rafael Helerbrock