14.E6 : Morceau de fer chauffé

La température d’un morceau de fer de masse \(m = \pu{150 g}\) plongé dans de l’eau bouillante passe de \(\pu{20 °C}\) à \(\pu{68 °C}\). La capacité thermique massique du fer vaut \(c = \pu{4,4E2 J·kg–1·K–1}\).

1 Indiquer dans quel sens se font les échanges thermiques entre le fer et l’eau.

2 Par quel(s) mode(s) de transfert cette énergie a-t-elle été transférée entre l’eau et le fer ?

3 Déterminer l’énergie transférée entre le fer et l’eau.

Afficher la correction

1)

La température du morceau de fer augmente, donc les échanges se font de l'eau vers le fer.

2)

L'énergie a été transférée par conduction.

3)

Notons \(Q\) l'énergie échangée.

D'après le premier principe : \(\Delta U = Q\)

Or : \(\Delta U = m·c·\Delta T\)

D'où :

\(\begin{align} Q &= m·c·\Delta T \\ &= (\pu{150E-3 kg})×(\pu{4,4E2 J·kg–1·K–1})×(\pu{68 °C} - \pu{20 °C}) \\ &= \pu{3,2E3 J} \end{align}\)

Remarque : Une variation de température de \(\pu{1 °C}\) est égale à une variation de \(\pu{1 K}\). C'est pour cela qu'il a été possible de faire le calcul avec des températures en \(\pu{°C}\).