Transferts thermiques et équilibre thermique — Physique-Chimie — Seconde Bac Pro
Dernière mise à jour : 1 août 2026, 08:06
Barème : 20 points
Compléter les phrases avec les mots : chaleur — chaud — équilibre — froid.
a) L'énergie passe spontanément du corps vers le corps .
b) Quand les deux corps ont la même température, ils sont en thermique.
c) On ne dit pas « le froid entre » mais « la sort ».
a) du corps chaud vers le corps froid.
b) en équilibre thermique.
c) la chaleur sort.
Cocher Vrai ou Faux.
a) Une température se mesure en °C ou en K. ☐ Vrai ☐ Faux
b) Une énergie échangée sous forme thermique se mesure en joule (J). ☐ Vrai ☐ Faux
c) Température et chaleur sont la même grandeur. ☐ Vrai ☐ Faux
d) Pour élever la température d'un corps, il faut lui apporter de l'énergie. ☐ Vrai ☐ Faux
a) Vrai — b) Vrai — c) Faux (la température se mesure au thermomètre, la chaleur est une énergie qui se transfère) — d) Vrai.
a) 25 °C = K
b) 8 000 J = kJ
a) \(25 + 273 = \mathbf{298\text{ K}}\) — b) \(8\,000 \div 1\,000 = \mathbf{8\text{ kJ}}\).
Une pièce métallique chaude est plongée dans un bécher d'eau froide. Voici le relevé des deux températures :
| Temps (min) | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
|---|---|---|---|---|---|
| Pièce métallique (°C) | 70 | 48 | 40 | 37 | 37 |
| Eau du bécher (°C) | 20 | 30 | 35 | 37 | 37 |
a) Température de la pièce au début : °C — température de l'eau au début : °C
b) Température d'équilibre : °C, atteinte à \(t =\) min
c) Quel corps cède de l'énergie ? Quel corps en reçoit ?
a) pièce : 70 °C ; eau : 20 °C.
b) équilibre à 37 °C, atteint à \(t = \mathbf{15\text{ min}}\).
c) La pièce métallique cède de l'énergie (sa température diminue) ; l'eau en reçoit (sa température augmente).
Compléter la conclusion :
« Deux corps de températures différentes mis en contact évoluent vers un état d' thermique. Le corps le plus cède de l'énergie au corps le plus . »
« … vers un état d'équilibre thermique. Le corps le plus chaud cède de l'énergie au corps le plus froid. »
Barème : 20 points
Compléter les phrases avec les mots : chaleur — chaud — équilibre — froid.
a) Quand les deux corps ont la même température, ils sont en thermique.
b) L'énergie passe spontanément du corps vers le corps .
c) On ne dit pas « le froid entre » mais « la sort ».
a) en équilibre thermique.
b) du corps chaud vers le corps froid.
c) la chaleur sort.
Cocher Vrai ou Faux.
a) Une énergie échangée sous forme thermique se mesure en joule (J). ☐ Vrai ☐ Faux
b) Deux corps en contact finissent par avoir la même température. ☐ Vrai ☐ Faux
c) Quand un corps refroidit, il gagne de l'énergie. ☐ Vrai ☐ Faux
d) Une température peut se mesurer en kelvin (K). ☐ Vrai ☐ Faux
a) Vrai — b) Vrai (c'est l'équilibre thermique) — c) Faux : quand un corps refroidit, il perd de l'énergie — d) Vrai.
a) 30 °C = K
b) 6 000 J = kJ
a) \(30 + 273 = \mathbf{303\text{ K}}\) — b) \(6\,000 \div 1\,000 = \mathbf{6\text{ kJ}}\).
Une pièce métallique chaude est plongée dans un bécher d'eau froide. Voici le relevé des deux températures :
| Temps (min) | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
|---|---|---|---|---|---|
| Pièce métallique (°C) | 90 | 60 | 48 | 44 | 44 |
| Eau du bécher (°C) | 24 | 36 | 42 | 44 | 44 |
a) Température de la pièce au début : °C — température de l'eau au début : °C
b) Température d'équilibre : °C, atteinte à \(t =\) min
c) Quel corps cède de l'énergie ? Quel corps en reçoit ?
a) pièce : 90 °C ; eau : 24 °C.
b) équilibre à 44 °C, atteint à \(t = \mathbf{15\text{ min}}\).
c) La pièce métallique cède de l'énergie (sa température diminue) ; l'eau en reçoit (sa température augmente).
Compléter la conclusion :
« Deux corps de températures différentes mis en contact évoluent vers un état d' thermique. Le transfert s'arrête quand les deux corps ont la température. L'énergie échangée s'exprime en . »
« … vers un état d'équilibre thermique. Le transfert s'arrête quand les deux corps ont la même température. L'énergie échangée s'exprime en joule. »
Barème : 20 points
Expliquer en une phrase chacune la différence entre la température d'un corps et la chaleur échangée entre deux corps. Préciser l'unité de chacune.
La température caractérise l'état d'un corps à un instant donné ; elle se mesure au thermomètre, en degré Celsius (°C) ou en kelvin (K). La chaleur est une énergie qui se transfère d'un corps à un autre ; elle s'exprime en joule (J).
Deux corps sont mis en contact. Dans quel sens l'énergie se transfère-t-elle spontanément ? À quelle condition y a-t-il transfert, et quand celui-ci s'arrête-t-il ?
L'énergie se transfère du corps le plus chaud vers le corps le plus froid. Il n'y a transfert que s'il existe une différence de température entre les deux corps. Le transfert s'arrête lorsque les deux températures sont égales : c'est l'équilibre thermique.
Une pièce sortie du four est plongée dans un bac d'eau froide. Les deux températures sont relevées :
| Temps (min) | 0 | 4 | 8 | 12 | 16 | 20 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Pièce (°C) | 75 | 55 | 45 | 41 | 40 | 40 |
| Eau du bac (°C) | 16 | 28 | 35 | 38 | 40 | 40 |
a) Décrire le sens de variation de chacune des deux températures.
b) Donner la température d'équilibre et l'instant à partir duquel elle est atteinte.
c) En déduire quel corps cède de l'énergie et quel corps en reçoit.
a) La température de la pièce est décroissante (75 → 40 °C) ; celle de l'eau est croissante (16 → 40 °C). Les deux deviennent ensuite constantes.
b) Équilibre à 40 °C, atteint à partir de \(t = \mathbf{16\text{ min}}\).
c) La pièce cède de l'énergie, l'eau en reçoit.
La pièce avait été chauffée sur une plaque de puissance \(P = 600\text{ W}\) pendant \(t = 5\text{ min}\).
Calculer l'énergie \(E\) fournie par la plaque, en joule puis en kilojoule.
\(t = 5 \times 60 = 300\text{ s}\) ; \(E = 600 \times 300 = \mathbf{180\,000\text{ J}} = \mathbf{180\text{ kJ}}\).
Un élève écrit : « l'eau froide a transmis son froid à la pièce ». Corriger cette phrase et expliquer l'erreur.
Correction : « la pièce a cédé de l'énergie à l'eau ». Le froid n'est pas une grandeur qui se transporte : seule l'énergie se transfère, et toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid.
Barème : 20 points
Expliquer en une phrase chacune la différence entre la chaleur échangée entre deux corps et la température d'un corps. Préciser l'unité de chacune.
La chaleur est une énergie qui se transfère d'un corps à un autre ; elle s'exprime en joule (J). La température caractérise l'état d'un corps à un instant donné ; elle se mesure au thermomètre, en degré Celsius (°C) ou en kelvin (K).
Deux corps de températures différentes sont mis en contact. Que se passe-t-il pour chacune des deux températures ? Comment appelle-t-on l'état atteint à la fin, et qu'y observe-t-on ?
La température du corps chaud diminue (il cède de l'énergie) ; celle du corps froid augmente (il en reçoit). L'état atteint à la fin est l'équilibre thermique : les deux corps ont alors la même température, qui ne varie plus, et le transfert s'arrête.
Une pièce sortie du four est plongée dans un bac d'eau froide. Les deux températures sont relevées :
| Temps (min) | 0 | 4 | 8 | 12 | 16 | 20 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Pièce (°C) | 85 | 62 | 50 | 45 | 43 | 43 |
| Eau du bac (°C) | 21 | 32 | 38 | 41 | 43 | 43 |
a) Décrire le sens de variation de chacune des deux températures.
b) Donner la température d'équilibre et l'instant à partir duquel elle est atteinte.
c) En déduire quel corps cède de l'énergie et quel corps en reçoit.
a) La température de la pièce est décroissante (85 → 43 °C) ; celle de l'eau est croissante (21 → 43 °C). Les deux deviennent ensuite constantes.
b) Équilibre à 43 °C, atteint à partir de \(t = \mathbf{16\text{ min}}\).
c) La pièce cède de l'énergie, l'eau en reçoit.
La pièce avait été chauffée sur une plaque de puissance \(P = 800\text{ W}\) pendant \(t = 4\text{ min}\).
Calculer l'énergie \(E\) fournie par la plaque, en joule puis en kilojoule.
\(t = 4 \times 60 = 240\text{ s}\) ; \(E = 800 \times 240 = \mathbf{192\,000\text{ J}} = \mathbf{192\text{ kJ}}\).
Un élève écrit : « la pièce chaude a donné sa température à l'eau ». Corriger cette phrase et expliquer l'erreur.
Correction : « la pièce a cédé de l'énergie à l'eau ». Une température ne se « donne » pas : c'est une grandeur qui caractérise l'état d'un corps, pas quelque chose qui se transporte. Ce qui passe d'un corps à l'autre, c'est de l'énergie.
Barème : 20 points
On veut vérifier expérimentalement que deux corps en contact évoluent vers un état d'équilibre thermique. Quelle grandeur faut-il relever, sur combien de corps, dans quelle unité, et à quel rythme ? Justifier en une phrase pourquoi un relevé sur un seul corps ne suffirait pas.
Il faut relever la température, en °C (ou en K), sur les deux corps à la fois, à intervalles de temps réguliers. Un relevé sur un seul corps ne suffirait pas : pour montrer que les deux évoluent vers une même valeur, il faut comparer leurs deux températures aux mêmes instants.
Un technicien pose une bouteille d'eau chaude sur un établi, dans un local à 18 °C. Il relève :
| Temps (min) | 0 | 15 | 30 | 45 | 60 |
|---|---|---|---|---|---|
| Eau de la bouteille (°C) | 55 | 42 | 33 | 27 | 23 |
| Local (°C) | 18 | 18 | 18 | 18 | 18 |
a) Décrire l'évolution de la température de l'eau : sens de variation, et rythme de cette variation entre le début et la fin du relevé.
b) La température du local ne varie pas de façon mesurable. Proposer une explication.
a) Elle est décroissante sur toute la durée (55 → 23 °C). Le refroidissement est rapide au début (−13 °C sur le premier quart d'heure) puis de plus en plus lent (−4 °C sur le dernier). C'est cohérent : plus l'écart de température avec le local est faible, moins le transfert est important.
b) Le local est beaucoup plus grand que la bouteille : l'énergie cédée par l'eau, répartie dans tout l'air du local, ne suffit pas à en élever la température de façon lisible au thermomètre. Il reçoit bien de l'énergie, mais l'effet est trop faible pour être mesuré.
Un élève affirme : « à \(t = 60\text{ min}\), l'équilibre thermique est atteint ». Cette affirmation est-elle correcte ? Justifier à partir du relevé.
Non. À 60 min, l'eau est à 23 °C et le local à 18 °C : les deux températures sont encore différentes. De plus la température de l'eau continue de baisser (−4 °C sur le dernier quart d'heure) : elle n'est pas stabilisée. L'équilibre thermique sera atteint lorsque l'eau aura atteint 18 °C.
Un autre élève affirme : « si on attend assez longtemps, l'eau finira par descendre en dessous de 18 °C ». Cette affirmation est-elle correcte ? Justifier.
Non. Le transfert s'arrête dès que les deux températures sont égales. Pour que l'eau descende en dessous de 18 °C, il faudrait que le local — qui serait alors le corps le plus chaud — lui cède de l'énergie, ce qui la réchaufferait. La température de l'eau tend vers 18 °C et s'y stabilise.
Rédiger la conclusion de ce relevé : que peut-on affirmer, et que ne peut-on pas encore affirmer au vu des mesures disponibles ?
On peut affirmer que l'eau, plus chaude que le local, lui cède de l'énergie, que sa température diminue, et que ce refroidissement ralentit à mesure que l'écart se réduit : le relevé est cohérent avec une évolution vers l'équilibre thermique. On ne peut pas encore affirmer que l'équilibre est atteint — il faudrait poursuivre les mesures jusqu'à stabilisation de la température de l'eau à 18 °C.
Barème : 20 points
On veut vérifier expérimentalement que deux corps en contact évoluent vers un état d'équilibre thermique. Citer deux précautions à respecter pour que le relevé soit exploitable, et justifier chacune d'elles.
Deux précautions parmi : relever les deux températures au même instant (sinon on ne peut pas comparer les deux évolutions) ; garder un intervalle de temps régulier (l'évolution est rapide au début, un pas irrégulier déformerait la lecture) ; ne pas poser le thermomètre contre la paroi (il mesurerait la température du récipient et non celle du liquide) ; limiter les échanges avec l'extérieur (sinon le montage échange aussi avec l'air de la salle) ; manipuler le corps chaud avec une pince (risque de brûlure).
Un technicien pose une bouteille d'eau chaude sur un établi, dans un local à 15 °C. Il relève :
| Temps (min) | 0 | 15 | 30 | 45 | 60 |
|---|---|---|---|---|---|
| Eau de la bouteille (°C) | 65 | 49 | 38 | 30 | 25 |
| Local (°C) | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
a) Décrire l'évolution de la température de l'eau : sens de variation, et rythme de cette variation entre le début et la fin du relevé.
b) La température du local ne varie pas de façon mesurable. Proposer une explication.
a) Elle est décroissante sur toute la durée (65 → 25 °C). Le refroidissement est rapide au début (−16 °C sur le premier quart d'heure) puis de plus en plus lent (−5 °C sur le dernier). C'est cohérent : plus l'écart de température avec le local est faible, moins le transfert est important.
b) Le local est beaucoup plus grand que la bouteille : l'énergie cédée par l'eau, répartie dans tout l'air du local, ne suffit pas à en élever la température de façon lisible au thermomètre.
Un élève affirme : « à \(t = 60\text{ min}\), l'équilibre thermique est atteint ». Cette affirmation est-elle correcte ? Justifier à partir du relevé.
Non. À 60 min, l'eau est à 25 °C et le local à 15 °C : les deux températures sont encore différentes. De plus la température de l'eau continue de baisser (−5 °C sur le dernier quart d'heure) : elle n'est pas stabilisée. L'équilibre sera atteint lorsque l'eau aura atteint 15 °C.
Un autre élève affirme : « le local ne reçoit aucune énergie, puisque sa température ne change pas ». Cette affirmation est-elle correcte ? Justifier.
Non. Le local reçoit bien l'énergie cédée par l'eau — c'est parce qu'il la reçoit que l'eau refroidit. Mais le local est beaucoup plus grand que la bouteille : cette énergie, répartie dans tout l'air de la pièce, produit une élévation de température trop faible pour être lue au thermomètre. « Température qui ne varie pas de façon mesurable » ne signifie pas « aucun transfert ».
Rédiger la conclusion de ce relevé : que peut-on affirmer, et que ne peut-on pas encore affirmer au vu des mesures disponibles ?
On peut affirmer que l'eau, plus chaude que le local, lui cède de l'énergie, que sa température diminue, et que ce refroidissement ralentit à mesure que l'écart se réduit : le relevé est cohérent avec une évolution vers l'équilibre thermique. On ne peut pas encore affirmer que l'équilibre est atteint — il faudrait poursuivre les mesures jusqu'à stabilisation de la température de l'eau à 15 °C.