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  4. Méthode : Calculer la variation de l'énergie interne d'un système

Calculer la variation de l'énergie interne d'un système Méthode

Sommaire

1Rappeler l'expression de l'énergie interne d'un système 2Relever les valeurs de la masse, de la capacité thermique massique et de la variation de température 3Exprimer les paramètres dans les bonnes unités 4Effectuer l'application numérique 5Exprimer le résultat avec le bon nombre de chiffres significatifs

Lorsqu'un système n'échange que de l'énergie et uniquement sous forme de chaleur, sa température varie de \Delta T. Cette variation de température se traduit par une variation \Delta U de l'énergie interne du système. Si la variation \Delta T est connue, on détermine la variation \Delta U à l'aide de la capacité thermique massique C_m et de la masse m du système.

Un bain-marie permet de chauffer 200 g d'eau d'une température de 20°C à 50°C. Calculer la variation d'énergie interne de l'eau.

Donnée : Capacité thermique massique de l'eau C_m=4{,}18 kJ.kg-1.°C-1

Etape 1

Rappeler l'expression de l'énergie interne d'un système

On rappelle l'expression de la variation de l'énergie interne \Delta U (en J) d'un système en fonction de la variation de température \Delta T (K ou °C), de la masse m (en kg) du système et de sa capacité thermique massique C_m (J.kg-1.K-1 ou J.kg-1.°C-1) :

\Delta U = m \times C_m \times \Delta T

L'expression de la variation de l'énergie interne \Delta U d'un système en fonction de la variation de température \Delta T, de la masse m du système et de sa capacité thermique massique C_m est :

\Delta U = m \times C_m \times \Delta T

Etape 2

Relever les valeurs de la masse, de la capacité thermique massique et de la variation de température

On relève les valeurs de la masse m, de la capacité thermique massique C_m et de la variation de température \Delta T qui sont fournies dans l'énoncé.

Les valeurs des paramètres fournis dans l'énoncé sont :

  • m=200 g
  • C_m=4{,}18 kJ.kg-1.°C-1
  • \Delta T=T_{finale}-T_{initiale} = 50-20=30 °C
Etape 3

Exprimer les paramètres dans les bonnes unités

Les paramètres sont la masse, la capacité thermique massique et la variation de température. On vérifie que :

  • La masse soit exprimée en kg
  • La capacité thermique soit exprimée en J.kg-1.°C-1 ou en J.kg-1.K-1
  • La variation de température soit exprimée en K ou en °C

La variation de température peut être exprimée indifféremment en °C ou en K.

De même, la capacité thermique massique peut être exprimée indifféremment en J.kg-1.K-1 ou en J.kg-1.°C-1.

On exprime les paramètres dans les bonnes unités. La masse doit être convertie de grammes en kilogrammes et la capacité thermique massique exprimée en J.kg-1.°C-1 :

  • m=0{,}2 kg
  • C_m=4{,}18 \times10^3 J.kg-1.°C-1
  • \Delta T=30 °C
Etape 4

Effectuer l'application numérique

On effectue l'application numérique afin de calculer la variation de l'énergie interne.

On calcule la variation d'énergie interne \Delta U :

\Delta U = m \times C_m \times \Delta T

\Delta U = \left(0{,}2\right) \times \left(4{,}18\times10^3\right)\times\left(30\right)

\Delta U = 25\ 080 J

Etape 5

Exprimer le résultat avec le bon nombre de chiffres significatifs

On écrit le résultat avec le même nombre de chiffres significatifs que le paramètre possédant le plus petit nombre de chiffres significatifs.

Le résultat doit être écrit avec le même nombre de chiffres significatifs que le paramètre possédant le plus petit nombre de chiffres significatifs soit :

\Delta U = 2{,}5\times10^4 J

Voir aussi
  • Cours : Les transferts thermiques d'énergie
  • Formulaire : Les transferts thermiques d'énergie
  • Quiz : Les transferts thermiques d'énergie
  • Méthode : Déterminer la taille d'un système thermodynamique
  • Méthode : Identifier un type de transfert thermique
  • Méthode : Manipuler la relation du flux thermique en fonction de la quantité de chaleur
  • Méthode : Manipuler la relation donnant le flux thermique à travers une paroi plane
  • Méthode : Calculer une résistance thermique
  • Méthode : Calculer la variation d'énergie totale
  • Exercice : Calculer un nombre de moles
  • Exercice : Calculer un nombre d'entités à partir du nombre de moles
  • Exercice : Calculer la variation de l'énergie interne d'un système
  • Exercice : Identifier un type de transfert thermique
  • Exercice : Calculer un flux thermique en fonction de la quantité de chaleur
  • Exercice : Calculer la variation de température en fonction du flux thermique
  • Exercice : Calculer la durée d'un transfert en fonction du flux thermique
  • Exercice : Calculer le flux thermique à travers une paroi plane
  • Exercice : Calculer l'écart de température en fonction du flux thermique
  • Exercice : Calculer la résistance thermique en fonction du flux
  • Exercice : Calculer une conductivité thermique
  • Exercice : Faire un bilan d'énergie
  • Exercice type bac : Transferts thermiques dans un bâtiment

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