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Laquelle des équations suivantes peut être utilisée avec les résultats d’une expérience de calorimétrie pour calculer l’énergie thermique transférée lors d’une réaction chimique ? (A) 𝑞 est égal 𝑐 fois Δ𝑇 divisé par 𝑚. (B) 𝑞 est égal à 𝑚 divisé par 𝑐 fois Δ𝑇. (C) 𝑞 est égal à 𝑚 fois 𝑐 fois Δ𝑇. (D) 𝑞 est égal à 𝑐 divisé par 𝑚 fois Δ𝑇. Ou (E) 𝑞 est égal à 𝑚 fois 𝑐 divisé par Δ𝑇.
La calorimétrie est l’étude de la chaleur transférée lors de changements physiques et chimiques, où la chaleur est le flux d’énergie thermique dû à une différence de température, où la température est une mesure de l’énergie cinétique moyenne de la matière dans un système. Il peut également exprimer à quel point une substance est chaude ou froide. Ainsi, la chaleur et la température sont différentes.
La chaleur ou l’énergie thermique est indiquée par le symbole 𝑞 et est mesurée en joules, tandis que la température est indiquée par le symbole 𝑇 majuscule et exprimée en degrés C ou en kelvin. Un exemple pour montrer la différence entre la chaleur et la température est le chauffage de l’eau dans une casserole. Le brûleur fournit une source de chaleur. L’énergie thermique est transférée à l’eau de la casserole. Cela provoque une augmentation de l’énergie cinétique, faisant bouillir l’eau. Par conséquent, il y a une augmentation de la température.
La température peut être mesurée à l’aide d’un thermomètre. L’augmentation de la température dépend de la capacité thermique de la substance, où la capacité thermique est le rapport entre la quantité d’énergie thermique transférée à un objet et l’augmentation résultante de sa température. La capacité thermique, avec pour symbole 𝐶 majuscule, est donc équivalente à 𝑞, la quantité d’énergie thermique transférée, divisée par Δ𝑇, la variation de température. Et Δ majuscule signifie différence ou variation.
L’énergie thermique s’exprime en joules et on peut utiliser soit les degrés Celsius ou les kelvins pour la variation de température. La taille d’un degré Celsius et d’un degré kelvin est la même. Par conséquent, une variation de température dans les deux unités est égal. La capacité thermique s’exprime en joules par kelvin ou joules par degré Celsius. Donc, nous avons l’équation de la capacité thermique, mais la capacité thermique ne considère pas la masse de l’objet chauffé. La capacité thermique massique est la quantité d’énergie en joules nécessaire pour élever la température d’un gramme d’une substance d’un degré Celsius. On lui donne le symbole 𝑐 minuscule, et elle est calculée en divisant la capacité thermique par la masse de l’objet.
Faisons un peu d’espace et examinons cela de plus près. Comme indiqué précédemment, les unités de la capacité thermique sont les joules par kelvin ou les joules par degré Celsius. Bien que l’unité kilogrammes soit souvent utilisée pour la masse, les grammes sont souvent utilisés lorsqu’on parle de capacité thermique massique. Ainsi, les unités de la capacité thermique massique sont les joules par gramme par degré Celsius.
Nous avons maintenant les deux équations clés dont nous avons besoin pour résoudre cette question. La question nous demande comment nous calculons l’énergie thermique. Donc, nous devons faire de 𝑞, l’énergie thermique, le sujet. Nous pouvons le faire en multipliant les deux côtés de l’équation par Δ𝑇. Les Δ𝑇 du côté droit de l’équation s’annulent, ce qui nous laisse avec 𝑞 égal C majuscule, la capacité thermique, multipliée par Δ𝑇. Nous devons ensuite remplacer C majuscule, la capacité thermique, par 𝑐 minuscule, la capacité thermique massique et 𝑚, la masse.
Tout d’abord, nous devons réorganiser cette équation pour faire de C majuscule le sujet. Si nous multiplions les deux côtés de l’équation par 𝑚, alors les 𝑚 à droite de l’équation s’annuleront, nous laissant avec C majuscule égal à 𝑚 fois 𝑐 minuscule. Si nous remplaçons C majuscule dans cette équation avec 𝑚 fois 𝑐, nous obtenons 𝑞 est égal à 𝑚 fois 𝑐 fois Δ𝑇, où 𝑞 est l’énergie thermique, 𝑚 est la masse, Δ𝑇 est la variation de température et c minuscule est la capacité thermique massique.
La capacité thermique massique d’un objet affecte la quantité d’énergie thermique nécessaire pour le chauffer. Par exemple, l’eau a une capacité thermique massique supérieure à celle du sable, il lui faut donc plus d’énergie pour la réchauffer. C’est pourquoi quand il fait chaud, le sable sur une plage sera chaud, mais l’eau de mer sera froide. Par conséquent, la réponse à la question « Laquelle des équations suivantes peut être utilisée pour calculer l’énergie thermique ? » est (C) 𝑞 est égal à 𝑚 fois 𝑐 fois Δ𝑇.