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🎯 Objectifs du chapitre
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- Mesurer des températures et utiliser les échelles Celsius et Kelvin.
- Connaître différents types de capteurs de température (thermistance CTN, Pt100, thermocouple).
- Vérifier expérimentalement l’équilibre thermique entre deux corps en contact.
- Distinguer chaleur et température.
- Étudier les changements d’état d’un corps pur et d’un mélange.
L'essentiel :
- Température en °C ou en K. Conversion : \(T(\text{K}) = \theta(\text{°C}) + 273\).
- Capteurs : thermistance CTN (\(R\) diminue), Pt100 (\(R\) augmente), thermocouple (tension).
- Équilibre thermique : deux corps en contact atteignent la même température.
- Changements d'état : palier de température pour un corps pur, pas pour un mélange.
- Trois modes de transfert thermique : conduction, convection, rayonnement.
Définitions
Définition
Température : grandeur physique traduisant le degré d'agitation des particules d'un corps.
Définition
Chaleur \(Q\) : transfert d'énergie thermique du corps chaud vers le corps froid, en joules (J). Ne pas confondre avec la température.
Définition
Équilibre thermique : état atteint lorsque deux corps en contact ont la même température (plus de transfert net d'énergie).
Définition
Changement d'état : passage d'un état physique à un autre (solide, liquide, gaz) à une température précise pour un corps pur.
Formule
Capteurs de température
| Capteur | Principe | Plage |
|---|
| Thermistance CTN | \(R\) diminue quand \(\theta\) augmente | −40 à +150 °C |
| Sonde Pt100 | \(R\) augmente linéairement | −200 à +850 °C |
| Thermocouple | Tension à la jonction de deux métaux | −200 à +2 000 °C |
Changements d'état
| Changement | Transition | Transfert |
|---|
| Fusion | Solide → Liquide | Absorbe de la chaleur |
| Solidification | Liquide → Solide | Libère de la chaleur |
| Vaporisation | Liquide → Gaz | Absorbe de la chaleur |
| Liquéfaction | Gaz → Liquide | Libère de la chaleur |
Propriété
Pour un corps pur : température constante pendant le changement d'état (palier). Pour un mélange : la température varie progressivement (pas de palier net).
Trois modes de transfert thermique
| Mode | Principe | Exemple |
|---|
| Conduction | De proche en proche, sans déplacement de matière | Manche métallique d'un fer à souder |
| Convection | Déplacement d'un fluide (air, eau) | Air chaud montant au-dessus d'un radiateur |
| Rayonnement | Ondes électromagnétiques (IR), sans support | Chaleur devant une flamme de chalumeau |
Méthode
Méthode
Lire une courbe de changement d'état
- Repérer les parties où la température varie (un seul état)
- Repérer le palier (portion horizontale) : température constante
- Lire la température du palier = température de changement d'état
- Identifier : si \(\theta\) augmente avant → fusion ou vaporisation ; si \(\theta\) diminue → solidification ou liquéfaction
Erreurs fréquentes
Attention
Ne pas confondre chaleur (transfert d'énergie, en J) et température (grandeur mesurable, en °C ou K). La chaleur est la cause, la variation de température est l'effet.
Attention
Pendant un changement d'état d'un corps pur, la température ne monte pas même si on continue à chauffer : toute l'énergie sert au changement d'état.