Cours 4 - Calorimétrie
Application du premier principe à la calorimétrie

La calorimétrie est la mesure de la quantité de chaleur Q reçue (Q > 0) ou cédée (Q < 0) par un corps.  La chaleur échangée provoque une variation de la température du corps.

Les mesure se dans un calorimètre. Il s'agit d'une enceinte S dans laquelle deux corps, l'un, noté A, qui constitue le système à étudier et l'autre, noté B, aux propriétés connues, appelé le corps calorimétrique, échangent de l'énergie thermique entre eux.

L'enceinte S peut éventuellement échanger de l'énergie avec un thermostat T (la pièce par exemple).

La quantité de chaleur Q reçue ou cédée par un corps dont l'état physique ne change pas est égale au produit de sa masse m par sa chaleur massique c que multiplie la variation de sa température DT (K) ou Dq (°C).

m : masse du corps (g)

c : chaleur spécifique massique du corps : c'est la chaleur absorbée par 1 g du corps pour élever sa température de 1 degré. Par exemple, la chaleur thermique massique de l'eau est ceau = 4180 J g−1 K−1.

DT = (Tf - Ti) : variation de température subie par le corps. Rappelant que DT(K) = Dq(°C)

La chaleur sensible modifie la température d'une matière. Par opposition à la chaleur latente qui modifie l'état physique d'une matière (solide, liquide ou gazeux).
Exemple : La chaleur thermique massique de l'eau étant en moyenne de 4,18 J. g−1.K−1, il faut fournir 418 kJ pour chauffer un litre d'eau de 0°C à 100°C.


C'est la chaleur échangée lors d'un changement d'état : solidification, fusion, ébullition... Elle est notée L.
Lorsqu'elle est exprimée pour 1 kg de matière, c'est la chaleur latente massique. Lorsqu'elle est exprimée pour 1 mole, c'est la chaleur latente molaire. ∆H = mL avec L en J/kg. ∆H = nL avec L en J/mol.

 Quelle que soit la matière, on parle de :
chaleur de liquéfaction : chaleur nécessaire pour passer de l'état solide à l'état liquide,
chaleur de vaporisation : chaleur nécessaire pour passer de l'état liquide à l'état gazeux.
Inversement :
chaleur de condensation : chaleur nécessaire pour passer de l'état gazeux à l'état liquide,
chaleur de solidification : chaleur nécessaire pour passer de l'état liquide à l'état solide.
Les changements d'état absorbent uo dégagent des quantités de chaleur nettement plus élevées que les processus d'échauffement ou de refroidissement.
Exemple : La chaleur de vaporisation d'un litre d'eau est : Lfusion=2 257 kJ/kg (à la pression atmosphérique et à 100°C). Soit 5,4 fois plus que pour chauffer le litre d'eau de 0 à 100°C.


Chaleur d'échauffement : dans la première partie du graphique, à gauche, est représentée la chaleur d'échauffement.
Dans cette partie, il n'y a que de l'eau. Si on est à la pression atmosphérique, le point de départ de la courbe sera le 0 °C et le point d'arrivée sera le 100 °C. Entre ces deux points, plus l'on veut augmenter la température de l'eau plus il faudra d'énergie, donc de chaleur.  dQ = m c dT

Dans la deuxième partie du graphique, est représentée la chaleur latente de vaporisation.
Si on est à la pression atmosphérique, la température sera de 100 °C dans toute cette portion. À gauche, on aura de l'eau, et plus on augmentera la chaleur, plus cette eau se transformera en vapeur jusqu'à arriver à droite en vapeur saturée, où il n'y aura plus que de la vapeur à 100°C. On appelle aussi cette partie état bi-phasique, car on est en présence d'eau et de vapeur.
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