Quelles formes l’énergie prend-elle ?
L’énergie ne disparaît pas et ne se crée pas. Elle passe seulement d’une forme à une autre. En chimie, la forme la plus importante est l’énergie chimique, stockée dans les liaisons chimiques des substances.
| Forme | Exemple |
|---|---|
| Chimique | Stockée dans les combustibles, les aliments et les piles |
| Thermique | Libérée quand le bois brûle, elle chauffe une maison |
| Lumineuse | Une lumière blanche est émise quand le magnésium brûle |
| Électrique | L’énergie chimique d’une pile devient un courant qui allume une ampoule |
| Mécanique | L’essence brûle dans un moteur, et la voiture avance |
Ce simulateur porte sur l’énergie thermique : il montre comment la chaleur passe d’un objet à un autre.
Comment la chaleur se déplace-t-elle ?
Entre deux objets en contact, la chaleur passe toujours de l’objet chaud à l’objet froid. Dès que leurs températures sont égales, la chaleur cesse de passer.
Chaque substance chauffe différemment. La chaleur nécessaire pour élever de 1 °C la température de 1 g d’une substance s’appelle sa capacité thermique massique, ou chaleur massique (c). Pour l’eau, elle vaut 4.2 J/(g·°C), et pour le fer, 0.45 J/(g·°C). À masse égale, l’eau a donc besoin d’environ 9 fois plus de chaleur que le fer. On calcule la quantité de chaleur avec la formule Q = m · c · Δt : chauffer 100 g d’eau de 10 °C demande 4200 J.
Fais des expériences sur la chaleur dans l’application Nalukh chem
Ce simulateur fait partie de l’accès complet. Le téléchargement est gratuit, et 2 chapitres et 5 simulateurs sont accessibles sans compte.
Comment utiliser le simulateur ?
À l’ouverture du simulateur, le bloc de gauche est du fer à 20°, et le bloc de droite de l’eau à 80°. Chaque bloc a un thermomètre à côté de lui et des marqueurs carrés à l’intérieur. Plus un bloc est chaud, plus il montre de carrés.
- Dans la rangée Bloc A, choisis le matériau du bloc de gauche : Fer, Brique ou Eau. Le bloc de droite est toujours de l’eau.
- Dans la rangée Brûleur, utilise le bouton A ou B pour choisir sous quel bloc se place le brûleur.
- Fais glisser le curseur du bas vers Chauffage pour chauffer le bloc, ou vers Refroidissement pour le refroidir. Quand le curseur est au milieu, le brûleur est éteint.
- Appuie sur le bouton ✂ Séparer : les deux blocs se touchent. Le bouton affiche alors 🔗 Ensemble. Si les températures sont différentes, une flèche apparaît du bloc chaud vers le bloc froid.
- Le bouton d’actualisation dans le coin supérieur remet tout au départ.
Exercices à essayer dans le simulateur
Appuie sur le bouton d’actualisation avant chaque nouvel essai.
- Mets le fer et l’eau en contact et attends que leurs températures soient égales. Réponse : 68°. Le fer se réchauffe de 48°, et l’eau se refroidit de 12°.
- Choisis Brique dans la rangée Bloc A et recommence. Réponse : 60°.
- Choisis Eau dans la rangée Bloc A et recommence. Réponse : 50°, exactement à mi-chemin entre les deux températures.
- Calcule toi-même la température finale. Le simulateur utilise des capacités thermiques relatives : fer 1, brique 2, eau 4. Pour le fer : (1 · 20 + 4 · 80) ÷ (1 + 4) = 68°.
- Fais glisser le curseur à fond vers Chauffage et mesure le temps que met le bloc de gauche pour passer de 20° à 60° avec le fer et avec l’eau. Réponse : l’eau met 4 fois plus de temps.
Simulateur et réalité
Le simulateur est un modèle simplifié. Le bloc d’eau ne gèle pas à 0 °C et ne bout pas à 100 °C. Le nombre de marqueurs carrés dépend seulement de la température, alors que la chaleur d’un objet réel dépend aussi de sa masse et de sa capacité thermique. Le rapport réel des capacités thermiques du fer et de l’eau est d’environ 9, et non 4.
L’eau a une forte capacité thermique, c’est pourquoi les tuyaux de chauffage transportent de l’eau : elle déplace beaucoup de chaleur et refroidit lentement.
