1.E : Température et chaleur (exercices)

Questions conceptuelles

1.1 : Température et équilibre thermique

1. Qu'est-ce que cela signifie de dire que deux systèmes sont en équilibre thermique ?

2. Donnez un exemple dans lequel A a une sorte de relation d'équilibre non thermique avec B, et B a la même relation avec C, mais A n'a pas cette relation avec C.

1.2 : Thermomètres et échelles de température

3. Si l'on laisse un thermomètre s'équilibrer avec l'air et qu'un verre d'eau n'est pas en équilibre avec l'air, qu'adviendra-t-il de la lecture du thermomètre lorsqu'il est placé dans l'eau ?

4. Donnez un exemple de propriété physique qui varie en fonction de la température et décrivez comment elle est utilisée pour mesurer la température.

1.3 : Expansion thermique

5. Verser de l'eau froide dans des ustensiles de cuisine chauds en verre ou en céramique peut facilement les casser. Quelle est la cause de la rupture ? Expliquez pourquoi le Pyrex®, un verre à faible coefficient de dilatation linéaire, est moins sensible.

6. Une méthode pour obtenir un ajustement serré, par exemple une cheville métallique dans un trou d'un bloc métallique, consiste à fabriquer la cheville légèrement plus grande que le trou. Le piquet est ensuite inséré à une température différente de celle du bloc. Le bloc doit-il être plus chaud ou plus froid que le piquet lors de l'insertion ? Expliquez votre réponse.

7. Est-il vraiment utile de faire couler de l'eau chaude sur un couvercle métallique étanche d'un bocal en verre avant d'essayer de l'ouvrir ? Expliquez votre réponse.

8. Lorsqu'un thermomètre à alcool froid est placé dans un liquide chaud, la colonne d'alcool descend légèrement avant de monter. Expliquez pourquoi.

9. Calculez la longueur d'une tige de 1 mètre faite d'un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique αα lorsque la température passe de 300 K à 600 K. En prenant votre réponse comme nouvelle longueur initiale, déterminez la longueur après refroidissement de la tige à 300 K. Votre réponse est-elle 1 mètre ? Cela devrait-il l'être ? Comment pouvez-vous expliquer le résultat que vous avez obtenu ?

10. Constatant les fortes contraintes qui peuvent être causées par la dilatation thermique, un inventeur d'armes amateur décide de l'utiliser pour fabriquer un nouveau type d'arme. Il prévoit de coincer une balle contre une tige en aluminium à l'intérieur d'un tube invar fermé. Lorsqu'il chauffe le tube, la tige se dilate plus que le tube et une force très forte s'accumule. Ensuite, selon une méthode encore à déterminer, il ouvrira le tube en une fraction de seconde et laissera la force de la tige lancer la balle à très grande vitesse. Qu'est-ce qu'il oublie ?

1.4 : Transfert de chaleur, chaleur spécifique et calorimétrie

11. Comment le transfert de chaleur est-il lié à la température ?

12. Décrivez une situation dans laquelle se produit un transfert de chaleur.

13. Lorsque la chaleur est transférée dans un système, l'énergie est-elle stockée sous forme de chaleur ? Expliquez brièvement.

14. La température des freins d'une voiture augmente de ΔT lorsque la voiture s'arrête à une certaine vitesse\(v\). Quelle serait la valeur de ΔT si la voiture avait initialement deux fois plus de vitesse ? Vous pouvez supposer que la voiture s'arrête suffisamment vite pour qu'aucune chaleur ne soit transférée par les freins.

1.5 : Changements de phase

15. Un autocuiseur contient de l'eau et de la vapeur en équilibre à une pression supérieure à la pression atmosphérique. Comment cette pression accrue augmente-t-elle la vitesse de cuisson ?

16. Comme indiqué ci-dessous, qui est le diagramme de phase du dioxyde de carbone, quelle est la pression de vapeur du dioxyde de carbone solide (neige carbonique) à −78,5 °C ? −78,5 °C ? (Notez que les axes de la figure ne sont pas linéaires et que le graphique n'est pas à redimensionner.)

17. Le dioxyde de carbone peut-il être liquéfié à température ambiante (20 °C) ? Si c'est le cas, comment ? Dans la négative, pourquoi pas ? (Voir le diagramme de phase du problème précédent.)

18. Quelle est la différence entre gaz et vapeur ?

19. Le transfert de chaleur peut provoquer des changements de température et de phase. Quels sont les autres facteurs qui peuvent provoquer ces changements ?

20. Comment la chaleur latente de la fusion de l'eau aide-t-elle à ralentir la baisse de la température de l'air, empêchant peut-être la température de descendre nettement en dessous de 0 °C, à proximité de grandes étendues d'eau ?

21. Quelle est la température de la glace juste après sa formation par l'eau gelée ?

22. Si vous placez de la glace à 0 °C dans de l'eau à 0 °C dans un contenant isotherme, quel sera le résultat net ? Y aura-t-il moins de glace et plus d'eau liquide, ou plus de glace et moins d'eau liquide, ou les quantités resteront-elles les mêmes ?

23. Quel est l'effet de la condensation sur un verre d'eau glacée sur la vitesse à laquelle la glace fond ? La condensation accélérera-t-elle le processus de fusion ou le ralentira-t-il ?

24. À Miami, en Floride, où le climat est très humide et où se trouvent de nombreux plans d'eau à proximité, il est rare que les températures dépassent les 38 °C (100 °F). Dans le climat désertique de Phoenix, en Arizona, les températures dépassent toutefois ce niveau presque tous les jours en juillet et en août. Expliquez comment l'évaporation de l'eau aide à limiter les températures élevées dans les climats humides.

25. En hiver, il fait souvent plus chaud à San Francisco qu'à Sacramento, à 150 km à l'intérieur des terres. En été, il fait presque toujours plus chaud à Sacramento. Expliquez comment les plans d'eau qui entourent San Francisco atténuent ses températures extrêmes.

26. Les aliments lyophilisés ont été déshydratés sous vide. Pendant le processus, les aliments gèlent et doivent être chauffés pour faciliter la déshydratation. Expliquez comment l'aspirateur accélère la déshydratation et pourquoi les aliments gèlent en conséquence.

27. Lors d'une démonstration en classe de physique, un instructeur gonfle un ballon par la bouche, puis le refroidit dans de l'azote liquide. Lorsqu'il fait froid, le ballon rétréci contient une petite quantité de liquide bleu clair, ainsi que des cristaux ressemblant à de la neige. Au fur et à mesure qu'il se réchauffe, le liquide bout et une partie des cristaux se sublime, certains cristaux s'attardant pendant un certain temps puis produisant un liquide. Identifiez le liquide bleu et les deux solides dans le ballon froid. Justifiez vos identifications à l'aide des données du tableau 1.4.

1.6 : Mécanismes du transfert de chaleur

28. Quelles sont les principales méthodes de transfert de chaleur du cœur chaud de la Terre à sa surface ? De la surface de la Terre à l'espace extra-atmosphérique ?

29. Lorsque notre corps devient trop chaud, il réagit en transpirant et en augmentant la circulation sanguine vers la surface pour transférer l'énergie thermique loin du cœur. Quel effet ces processus auront-ils sur une personne dans un bain à remous à 40,0 °C ?

30. Vous trouverez ci-dessous un dessin découpé d'une bouteille thermos (également connue sous le nom de flasque Dewar), qui est un dispositif conçu spécifiquement pour ralentir toutes les formes de transfert de chaleur. Expliquez les fonctions des différentes pièces, telles que l'aspirateur, l'argenture des parois, le long col en verre à paroi mince, le support en caoutchouc, la couche d'air et

31. Certains poêles électriques ont une surface en céramique plane avec des éléments chauffants cachés en dessous. Un pot placé au-dessus d'un élément chauffant sera chauffé, tandis que la surface située à quelques centimètres seulement est sûre au toucher. Pourquoi la céramique, dont la conductivité est inférieure à celle d'un métal mais supérieure à celle d'un bon isolant, est-elle un choix idéal pour la plaque de cuisson ?

32. Les vêtements blancs amples couvrant la majeure partie du corps, illustrés ci-dessous, sont idéaux pour les habitants du désert, à la fois sous le soleil brûlant et pendant les soirées froides. Expliquez en quoi de tels vêtements sont avantageux de jour comme de nuit.

33. L'un des moyens de rendre un foyer plus économe en énergie est de faire circuler l'air ambiant à l'extérieur du foyer et de le retourner dans la pièce. Décrivez en détail les méthodes de transfert de chaleur utilisées.

34. Les nuits froides et claires, les chevaux dorment sous le couvert de grands arbres. Comment cela les aide-t-il à rester au chaud ?

35. Lorsque vous regardez un cirque pendant la journée dans une grande tente de couleur foncée, vous sentez un transfert de chaleur important provenant de la tente. Expliquez pourquoi cela se produit.

36. Les satellites conçus pour observer le rayonnement provenant de l'espace sombre froid (3 K) sont équipés de capteurs à l'ombre du Soleil, de la Terre et de la Lune et refroidis à de très basses températures. Pourquoi les capteurs doivent-ils être à basse température ?

37. Pourquoi les thermomètres utilisés dans les stations météorologiques sont-ils protégés du soleil ? Que mesure un thermomètre s'il est à l'abri du soleil ? Que mesure-t-il si ce n'est pas le cas ?

38. Mettre un couvercle sur une marmite permet de réduire considérablement le transfert de chaleur nécessaire pour la maintenir en ébullition. Expliquez pourquoi.

39. Votre maison sera vide pendant un certain temps par temps froid et vous voulez économiser de l'énergie et de l'argent. Devriez-vous baisser le thermostat au niveau le plus bas qui protégera la maison des dommages tels que le gel des tuyaux, ou le laisser à la température normale ? (Si vous n'aimez pas retourner dans une maison froide, imaginez qu'une minuterie contrôle le système de chauffage afin que la maison soit chaude à votre retour.) Expliquez votre réponse.

40. Vous versez le café dans une tasse sans couvercle, avec l'intention de le boire 5 minutes plus tard. Vous pouvez ajouter de la crème lorsque vous versez la tasse ou juste avant de la boire. (La crème est à la même température de toute façon. Supposons que la crème et le café s'équilibrent très rapidement.) Quelle méthode vous donnera un café plus chaud ? Quelle caractéristique de cette question est différente de la précédente ?

41. Le grillage est une méthode de cuisson par rayonnement qui produit des résultats quelque peu différents de ceux de la cuisson par conduction ou par convection. Une flamme de gaz ou un élément chauffant électrique produit une température très élevée à proximité des aliments et au-dessus de ceux-ci. Pourquoi le rayonnement est-il la principale méthode de transfert de chaleur dans cette situation ?

42. Par un froid matin d'hiver, pourquoi le métal d'un vélo est-il plus froid que le bois d'un porche ?

Des problèmes

1.2 : Thermomètres et échelles de température

43. Lorsque vous voyagez en dehors des États-Unis, vous vous sentez malade. Un compagnon vous fournit un thermomètre qui indique que votre température est de 39. C'est à quelle échelle ? Quelle est votre température en degrés Fahrenheit ? Devriez-vous consulter un médecin ?

44. Quelles sont les températures suivantes sur l'échelle Kelvin ?

a) 68,0 °F, température intérieure parfois recommandée pour économiser l'énergie en hiver

(b) 134 °F, l'une des températures atmosphériques les plus élevées jamais enregistrées sur Terre (Death Valley, Californie, 1913)

(c) 9890°F, la température de la surface du Soleil

45. (a) Supposons qu'un front froid souffle sur votre région et fasse baisser la température de 40,0 degrés Fahrenheit. De combien de degrés Celsius la température diminue-t-elle lorsqu'elle diminue de 40,0 °F ? (b) Montrer que toute variation de température en degrés Fahrenheit correspond aux neuf cinquièmes de la variation en degrés Celsius

46. Un article de l'Associated Press sur le changement climatique indique que « la disparition de la banquise s'est probablement produite à une époque où la planète faisait 36 degrés Fahrenheit (2 degrés Celsius) à 37 degrés Fahrenheit (3 degrés Celsius) plus chaud qu'elle ne l'est aujourd'hui ». Quelle erreur a commise le journaliste ?

47. a) À quelle température les échelles Fahrenheit et Celsius ont-elles la même valeur numérique ? (b) À quelle température les échelles Fahrenheit et Kelvin ont-elles la même valeur numérique ?

48. Une personne qui mesure la température d'un congélateur en degrés Celsius commet deux erreurs : omettez d'abord le signe négatif et pensez ensuite que la température est Fahrenheit. C'est-à-dire que la personne lit —x°C comme x°F. Curieusement, le résultat est la bonne température en degrés Fahrenheit. Quelle est la valeur initiale en degrés Celsius ? Arrondissez votre réponse à trois chiffres significatifs.

1.4 : Transfert de chaleur, chaleur spécifique et calorimétrie

49. La hauteur du Washington Monument est mesurée à 170,00 m par jour où la température est de 35,0 °C. Quelle sera sa hauteur un jour où la température tombera à −10,0 °C ? Bien que le monument soit en calcaire, supposons que son coefficient de dilatation thermique soit le même que celui du marbre. Donnez votre réponse à cinq chiffres significatifs.

50. Quelle est la hauteur de la tour Eiffel à la fin d'une journée lorsque la température augmente de 15 °C ? Sa hauteur initiale est de 321 m et vous pouvez supposer qu'elle est en acier.

51. Quel est le changement de longueur d'une colonne de mercure de 3 cm de long si sa température passe de 37,0 °C à 40,0 °C, en supposant que le mercure est confiné dans un cylindre mais pas limité en longueur ? Votre réponse montrera pourquoi les thermomètres contiennent des ampoules en bas au lieu de simples colonnes de liquide.

52. Quel espace de dilatation devrait-on laisser entre les rails de chemin de fer en acier s'ils peuvent atteindre une température maximale de 35,0 °C supérieure à celle de leur pose ? Leur longueur initiale est de 10,0 m.

53. Vous cherchez à acheter un petit terrain à Hong Kong. Le prix est « seulement » de 60 000 dollars par mètre carré. Le titre foncier indique que les dimensions sont de 20 m × 30 m. Dans quelle mesure le prix total changerait-il si vous mesuriez le colis à l'aide d'un ruban à mesurer en acier un jour où la température était supérieure de 20 °C à la température pour laquelle le ruban à mesurer a été conçu ? Les dimensions du terrain ne changent pas.

54. Le réchauffement de la planète provoquera une élévation du niveau de la mer, en partie à cause de la fonte des calottes glaciaires et en partie à cause de l'expansion de l'eau liée à Pour avoir une idée de l'ampleur de cet effet, calculez la variation de la longueur d'une colonne d'eau de 1,00 km de haut pour une augmentation de température de 1,00 °C. Supposons que la colonne ne soit pas libre de s'étendre latéralement. En tant que modèle de l'océan, il s'agit d'une approximation raisonnable, car seules les parties de l'océan très proches de la surface peuvent s'étendre latéralement sur la terre ferme, et seulement dans une mesure limitée. Comme autre approximation, négligez le fait que le réchauffement de l'océan n'est pas uniforme avec la profondeur.

55. (a) Supposons qu'une barre de mesure en acier et une autre en aluminium aient la même longueur à 0 °C. Quelle est leur différence de longueur à 22,0 °C ?

(b) Répéter le calcul pour deux rubans d'arpenteur de 30,0 m de long.

56. a) Si un bécher en verre de 500 ml est rempli à ras bord d'alcool éthylique à une température de 5 °C, quelle quantité débordera lorsque la température de l'alcool atteindra la température ambiante de 22,0 °C ?

(b) Quelle quantité d'eau pourrait déborder en moins dans les mêmes conditions ?

57. La plupart des voitures sont équipées d'un réservoir de liquide de refroidissement pour récupérer le liquide de radiateur qui peut déborder lorsque le moteur est chaud. Un radiateur est en cuivre et est rempli à sa capacité de 16,0 L lorsqu'il est à 10,0 °C. Quel volume de liquide de radiateur débordera lorsque le radiateur et le fluide atteindront une température de 95,0 °C, étant donné que le coefficient de dilatation volumique du fluide est β = 400 × 10−6/°C ? (Votre réponse sera une estimation prudente, car la plupart des radiateurs automobiles ont des températures de fonctionnement supérieures à 95,0 °C).

58. Un physicien prépare une tasse de café instantané et remarque que, lorsque le café refroidit, son niveau baisse de 3,00 mm dans la tasse en verre. Démontrez que cette diminution ne peut pas être due à une contraction thermique en calculant la diminution \(350cm^3\)du niveau si le café est placé dans une tasse de 7,00 cm de diamètre et que sa température diminue de 95,0 °C à 45,0 °C. (La plus grande partie de la baisse de niveau est en fait due à l'échappement de bulles d'air.)

59. La densité de l'eau à 0 °C est très proche\(1000kg/m^3\) (elle l'est en fait\(999.84kg/m^3\)), alors que la densité de la glace à 0 °C est de 0 °C\(917kg/m^3\). Calculez la pression nécessaire pour empêcher la glace de se dilater lorsqu'elle gèle, en négligeant l'effet qu'une pression aussi importante aurait sur la température de congélation. (Ce problème ne vous donne qu'une indication de l'ampleur des forces associées au gel de l'eau.)

60. Montrez que β=3α, en calculant la variation infinitésimale du volume dV d'un cube dont les côtés sont de longueur L lorsque la température change de dT.

1.4 : Expansion thermique

61. Par temps chaud, la température d'une piscine de 80 000 litres augmente de 1,50 °C. Quel est le transfert de chaleur net lors de ce chauffage ? Ignorez toute complication, telle que la perte d'eau par évaporation.

62. Pour stériliser un biberon en verre de 50 g, nous devons augmenter sa température de 22,0 °C à 95,0 °C. Quelle est la quantité de transfert de chaleur requise ?

63. Le même transfert de chaleur dans des masses identiques de substances différentes produit des changements de température différents. Calculer la température finale lorsque 1,00 kcal de chaleur se transfère dans 1,00 kg de ce qui suit, initialement à 20,0 °C :

a) de l'eau ;

b) béton ;

(c) de l'acier ; et

(d) mercure.

64. Le fait de se frotter les mains les réchauffe en transformant le travail en énergie thermique. Si une femme se frotte les mains d'avant en arrière pour un total de 20 frottements, à une distance de 7,50 cm par frottement, et avec une force de friction moyenne de 40,0 N, quelle est l'augmentation de température ? La masse de tissus réchauffés n'est que de 0,100 kg, principalement dans les paumes et les doigts.

65. Un bloc de 0,250 kg d'un matériau pur est chauffé de 20,0 °C à 65,0 °C par addition de 4,35 kJ d'énergie. Calculez sa chaleur spécifique et identifiez la substance qui la compose le plus probablement.

66. Supposons des quantités identiques de transfert de chaleur dans différentes masses de cuivre et d'eau, provoquant des changements de température identiques. Quel est le rapport entre la masse de cuivre et l'eau ?

67. a) Le nombre de kilocalories contenues dans les aliments est déterminé par des techniques calorimétriques dans lesquelles les aliments sont brûlés et la quantité de transfert de chaleur est mesurée. Combien de kilocalories par gramme y a-t-il dans une cacahuète de 5 g si l'énergie produite par sa combustion est transférée à 0,500 kg d'eau contenue dans un gobelet en aluminium de 0,100 kg, ce qui provoque une augmentation de température de 54,9 °C ? Supposons que le processus se déroule dans un calorimètre idéal, c'est-à-dire dans un contenant parfaitement isolé.

(b) Comparez votre réponse aux informations d'étiquetage suivantes figurant sur un emballage de cacahuètes grillées à sec : une portion de 33 g contient 200 calories. Indiquez si les valeurs sont cohérentes.

68. Après un exercice intense, la température corporelle d'une personne de 80,0 kg est de 40,0 °C. À quelle vitesse, en watts, la personne doit-elle transférer de l'énergie thermique pour abaisser la température corporelle à 37,0 °C en 30 minutes, en supposant que le corps continue de produire de l'énergie à un taux de 150 W ? (1 W = 1 joule/seconde ou 1 W = 1 J/s)

69. Dans une étude sur des jeunes en bonne santé\(men^1\), faire 20 pompes en 1 minute a brûlé une quantité d'énergie par kg qui, pour un homme de 70,0 kg, correspond à 8,06 calories (kcal). Dans quelle mesure la température d'un homme de 70,0 kg augmenterait-elle s'il ne perdait pas de chaleur pendant cette période ?

70. Un échantillon de 1,28 kg d'eau à 10,0 °C se trouve dans un calorimètre. Vous y faites tomber une pièce d'acier d'une masse de 0,385 kg à 215°C. Une fois que le grésillement s'est calmé, quelle est la température d'équilibre finale ? (Faites l'hypothèse raisonnable que toute vapeur produite se condense en eau liquide pendant le processus d'équilibrage et que l'évaporation et la condensation n'affectent pas le résultat, comme nous le verrons dans la section suivante.)

71. Répétez le problème précédent en supposant que l'eau se trouve dans un bécher en verre d'une masse de 0,200 kg, qui se trouve à son tour dans un calorimètre. Le bécher est initialement à la même température que l'eau. Avant de résoudre le problème, la réponse doit-elle être supérieure ou inférieure à la réponse précédente ? En comparant la masse et la chaleur spécifique du bécher à celles de l'eau, pensez-vous que le bécher fera une grande différence ?

1.5 : Changements de phase

72. Quelle quantité de transfert de chaleur (en kilocalories) est nécessaire pour décongeler un paquet de 0,450 kg de légumes surgelés initialement à 0 °C si leur chaleur de fusion est la même que celle de l'eau ?

73. Un sac contenant de la glace à 0 °C absorbe beaucoup plus efficacement l'énergie qu'un sac contenant la même quantité d'eau à 0 °C.

a) Quelle quantité de transfert de chaleur est nécessaire pour élever la température de 0,800 kg d'eau de 0 °C à 30,0 °C ?

(b) Quelle quantité de transfert de chaleur est nécessaire pour d'abord faire fondre 0,800 kg de glace à 0 °C, puis pour augmenter sa température ?

(c) Expliquez en quoi votre réponse soutient l'affirmation selon laquelle la glace est plus efficace.

74. a) Quelle quantité de transfert de chaleur est nécessaire pour élever la température d'une marmite en aluminium de 0,750 kg contenant 2,50 kg d'eau de 30,0 °C au point d'ébullition, puis faire bouillir 0,750 kg d'eau ?

(b) Combien de temps cela prend-il si le taux de transfert de chaleur est de 500 W ?

75. La condensation sur un verre d'eau glacée fait fondre la glace plus rapidement qu'elle ne le ferait autrement. Si 8,00 g de vapeur se condensent sur un verre contenant à la fois de l'eau et 200 g de glace, combien de grammes de glace fondront-ils ? Supposons qu'aucun autre transfert thermique ne se produise. Utiliser (L_v \) pour de l'eau à 37 °C comme meilleure approximation que\(L_v\) pour de l'eau à 100 °C.)

76. Lors d'un voyage, vous remarquerez qu'un sac de glace de 3,50 kg tient en moyenne une journée dans votre glacière. Quelle est la puissance moyenne en watts pénétrant dans la glace si celle-ci commence à 0 °C et que l'eau fond complètement à 0 °C en une journée exactement ?

77. Lors d'une journée sèche et ensoleillée, la température d'une piscine augmenterait de 1,50 °C sans évaporation. Quelle fraction de l'eau doit s'évaporer pour emporter suffisamment d'énergie pour maintenir la température constante ?

78. a) Quelle quantité de transfert de chaleur est nécessaire pour élever la température d'un morceau de glace de 0,200 kg de −20,0 °C à 130,0 °C, y compris l'énergie nécessaire aux changements de phase ?

(b) Combien de temps est nécessaire pour chaque étape, en supposant un taux de transfert de chaleur constant de 20 kJ/s ? (c) Établissez un graphique de la température en fonction du temps pour ce processus.

79. En 1986, un énorme iceberg s'est détaché de la banquise de Ross en Antarctique. Il s'agissait d'un prisme approximativement rectangulaire de 160 km de long, 40,0 km de large et 250 m d'épaisseur.

a) Quelle est la masse de cet iceberg, compte tenu de la densité de la glace\(917kg/m^3\) ?

(b) Quelle quantité de transfert de chaleur (en joules) est nécessaire pour le faire fondre ?

(c) Combien d'années faudrait-il à la lumière du soleil pour faire fondre de la glace d'une telle épaisseur\(100W/m^2\), si la glace absorbe en moyenne 12 heures par jour ?

80. Combien de grammes de café doivent s'évaporer à partir de 350 g de café dans une tasse en verre de 100 g pour refroidir le café et la tasse de 95,0 °C à 45,0 °C ? Supposons que le café possède les mêmes propriétés thermiques que l'eau et que la chaleur moyenne de vaporisation est de 2 340 kJ/kg (560 kcal/g). Négligez les pertes de chaleur dues à des processus autres que l'évaporation, ainsi que la modification de la masse du café lors du refroidissement. Les deux dernières hypothèses font-elles en sorte que votre réponse soit supérieure ou inférieure à la vraie réponse ?

81. a) Il est difficile d'éteindre un incendie sur un pétrolier, car chaque litre de pétrole brut dégage\(2.80×10^7J\) de l'énergie lorsqu'il est brûlé. Pour illustrer cette difficulté, calculez le nombre de litres d'eau qui doivent être dépensés pour absorber l'énergie libérée par la combustion de 1,00 L de pétrole brut, si la température de l'eau augmente de 20,0 °C à 100 °C, si elle bout et que la température de la vapeur qui en résulte s'élève à 300 °C à pression constante.

(b) Discuter des complications supplémentaires causées par le fait que le pétrole brut est moins dense que l'eau.

82. L'énergie dégagée par la condensation lors des orages peut être très importante. Calculez l'énergie libérée dans l'atmosphère pour une petite tempête d'un rayon de 1 km, en supposant que 1,0 cm de pluie se précipite uniformément sur cette zone.

83. Pour aider à prévenir les dommages causés par le gel, 4,00 kg d'eau à 0 °C sont pulvérisés sur un arbre fruitier.

a) Quel est le niveau de transfert de chaleur qui se produit lorsque l'eau gèle ?

(b) Dans quelle mesure la température de l'arbre de 200 kg diminuerait-elle si cette quantité de chaleur était transférée de l'arbre ? Supposons que la chaleur spécifique soit de 3,35 kJ/kg⋅°C et supposons qu'aucun changement de phase ne se produise dans l'arbre.

84. Un bol en aluminium de 0,250 kg contenant 0,800 kg de soupe à 25,0 °C est placé dans un congélateur. Quelle est la température finale si 388 kJ d'énergie sont transférés du bol et de la soupe, en supposant que les propriétés thermiques de la soupe soient les mêmes que celles de l'eau ?

85. Un glaçon de 0,0500 kg à −30,0 °C est placé dans 0,400 kg d'eau à 35,0 °C dans un contenant très bien isolé. Quelle est la température finale ?

86. Si vous versez 0,0100 kg d'eau à 20,0 °C sur un bloc de glace de 1,20 kg (qui est initialement à −15,0 °C), quelle est la température finale ? Vous pouvez supposer que l'eau se refroidit si rapidement que les effets de l'environnement sont négligeables.

87. Les peuples autochtones cuisinent parfois dans des paniers étanches en plaçant des pierres chaudes dans de l'eau pour la porter à ébullition. Quelle masse de granit à 500 °C doit être placée dans 4,00 kg d'eau à 15,0 °C pour porter sa température à 100 °C, si 0,0250 kg d'eau s'échappe sous forme de vapeur lors du grésillement initial ? Vous pouvez négliger les effets de l'environnement.

88. Quelle serait la température finale du bac et de l'eau dans l'exemple 1.7 si 0,260 kg d'eau étaient placés dans le bac et que 0,0100 kg d'eau s'évaporaient immédiatement, laissant le reste atteindre une température identique à celle du bac ?

1.6 : Mécanismes du transfert de chaleur

89. a) Calculez le taux de conduction thermique à travers des murs de maison d'une épaisseur de 13 cm et d'une conductivité thermique moyenne deux fois supérieure à celle de la laine de verre. Supposons qu'il n'y ait ni fenêtres ni portes. La surface des murs est\(120m^2\) et leur surface intérieure est à 18,0 °C, tandis que leur surface extérieure est à 5 °C.

(b) Combien de dispositifs de chauffage d'ambiance de 1 kW seraient nécessaires pour équilibrer le transfert de chaleur dû à la conduction ?

90. Le taux de conduction thermique par une fenêtre lors d'une journée d'hiver est suffisamment rapide pour refroidir l'air à côté de celle-ci. Pour déterminer la rapidité avec laquelle les fenêtres transfèrent la chaleur par conduction, calculez le taux de conduction en watts à travers une\(3.00-m^2\) fenêtre de 0,634 cm d'épaisseur (1/4 po) si les températures des surfaces intérieure et extérieure sont respectivement de 5,00 °C et −10,0 °C −. (Cette vitesse rapide ne sera pas maintenue ; la surface intérieure se refroidira, même au point de formation de givre.)

91. Calculez le taux de conduction thermique hors du corps humain, en supposant que la température interne centrale est de 37,0 °C, que la température de la peau est de 34,0 °C, que l'épaisseur des tissus adipeux entre le noyau et la peau est en moyenne de 1,00 cm et que la surface est de\(1.40m^2\).

92. Supposons que vous vous teniez debout avec un pied sur un sol en céramique et un pied sur un tapis de laine, en contact sur une surface\(80.0cm^2\) égale à chaque pied. La céramique et le tapis ont une épaisseur de 2 cm et une température de 10,0 °C sur leur face inférieure. À quelle vitesse le transfert de chaleur doit-il se produire à partir de chaque pied pour maintenir le dessus de la céramique et du tapis à 33,0°C ?

93. Un homme consomme 3 000 kcal de nourriture en une journée, en convertissant la majeure partie en énergie thermique pour maintenir la température corporelle. S'il perd la moitié de cette énergie en évaporant de l'eau (en respirant et en transpirant), combien de kilogrammes d'eau s'évaporent ?

94. Un pompier court sur un lit de charbons ardents sans se brûler. Calculez la chaleur transférée par conduction dans la plante d'un pied d'un pompier étant donné que la partie inférieure du pied est un callus de 3,00 mm d'épaisseur avec une conductivité située à l'extrémité inférieure de la plage pour le bois et que sa densité est de\(300kg/m^3\). La zone de contact est la\(25.0cm^2\) suivante : la température des charbons est de 700 °C et le temps de contact est de 1 s. Ignorez le refroidissement par évaporation de la sueur.

95. a) Quel est le taux de conduction thermique à travers la fourrure de 3 cm d'épaisseur d'un animal de grande taille ayant une\(1.40-m^2\) surface ? Supposons que la température de la peau de l'animal est de 32,0 °C, que la température de l'air est de −5,00 °C et que la fourrure possède la même conductivité thermique que l'air.

(b) De quel apport alimentaire l'animal aura-t-il besoin en une journée pour remplacer ce transfert de chaleur ?

96. Un morse transfère de l'énergie par conduction à travers sa graisse à raison de 150 W lorsqu'il est immergé dans de l'eau à −1,00 °C. La température interne du morse est de 37,0 °C et sa superficie est de\(2.00m^2\). Quelle est l'épaisseur moyenne de sa graisse, qui a la conductivité des tissus adipeux sans sang ?

97. Comparez le taux de conduction thermique à travers une paroi de 13,0 cm d'épaisseur ayant une surface\(10.0m^2\) et une conductivité thermique deux fois supérieures à celles de la laine de verre avec le taux de conduction thermique à travers une fenêtre de 0,750 cm d'épaisseur d'une surface de\(2.00m^2\), en supposant la même différence de température entre chacune d'elles.

98. Supposons qu'une personne soit couverte de la tête aux pieds par des vêtements de laine d'une épaisseur moyenne de 2 cm et transfère de l'énergie par conduction à travers les vêtements au rythme de 50,0 W. Quelle est la différence de température entre les vêtements, compte tenu de la surface\(1.40m^2\) ?

99. Certaines plaques de cuisson sont en céramique lisse pour faciliter le nettoyage. Si la céramique a une épaisseur de 0,6 cm et que la conduction thermique se produit à travers la même surface et à la même vitesse que celles calculées dans l'exemple 1.11, quelle est la différence de température entre les deux ? La céramique possède la même conductivité thermique que le verre et la brique.

100. Un moyen simple de réduire les coûts de chauffage (et de climatisation) est d'ajouter une isolation supplémentaire au grenier d'une maison. Supposons qu'une maison cubique à un étage ait déjà 15 cm d'isolation en fibre de verre dans le grenier et sur toutes les surfaces extérieures. Si vous ajoutiez 8,0 cm de fibre de verre supplémentaires au grenier, de quel pourcentage le coût du chauffage de la maison diminuerait-il ? Supposons que la maison ait des dimensions de 10 m sur 15 m sur 3 m. Ne tenez pas compte des infiltrations d'air et des pertes de chaleur par les fenêtres et les portes, et supposez que l'intérieur est uniformément à une température et l'extérieur uniformément à une autre.

101. De nombreuses décisions sont prises sur la base de la période d'amortissement : le temps qu'il faudra pour réaliser des économies équivalentes au coût en capital d'un investissement. Les délais de remboursement acceptables dépendent de l'entreprise ou de la philosophie de l'entreprise. (Pour certaines industries, la période d'amortissement n'est que de deux ans.) Supposons que vous souhaitiez installer l'isolation supplémentaire dans le problème précédent. Si l'énergie coûte 1,00$ par million de joules et que l'isolation est de 4,00$ par mètre carré, calculez le temps de récupération simple. Supposons que le ΔT moyen pour la saison de chauffage de 120 jours soit de 15,0 °C.

Problèmes supplémentaires

102. En 1701, l'astronome danois Ole Rømer a proposé une échelle de température à deux points fixes, l'eau gelée à 7,5 degrés et l'eau bouillante à 60,0 degrés. Quel est le point d'ébullition de l'oxygène, 90,2 K, sur l'échelle de Rømer ?

103. Quel est le pourcentage d'erreur lorsque l'on pense que le point de fusion du tungstène est de 3695 °C au lieu de la valeur correcte de 3695 K ?

104. Un ingénieur souhaite concevoir une structure dans laquelle la différence de longueur entre une poutre en acier et une poutre en aluminium reste de 0,500 m quelle que soit la température, pour des températures ordinaires. Quelle doit être la longueur des poutres ?

105. Quelle est la contrainte créée dans une poutre en acier si sa température passe de —15 °C à 40 °C mais qu'elle ne peut pas se dilater ? Pour l'acier, le module de Young obtenu\(Y=210×10^9N/m^2\) à partir du module de contrainte, de déformation et d'élasticité. (Ignorez le changement de surface résultant de l'expansion.)

106. Une tige en laiton (\(Y=90×10^9N/m^2\)), d'un diamètre de 0,800 cm et d'une longueur de 1,20 m lorsque la température est de 25 °C, est fixée aux deux extrémités. À quelle température la force s'y trouve-t-elle à 36 000 N ?

107. Un thermomètre à mercure encore utilisé pour la météorologie est doté d'une ampoule d'un volume\(0.780cm^3\) et d'un tube dans lequel le mercure peut se dilater d'un diamètre intérieur de 0,130 mm. a) En négligeant la dilatation thermique du verre, quel est l'espacement entre les repères espacés de 1 °C ? (b) Si le thermomètre est en verre ordinaire (ce n'est pas une bonne idée), quel est l'espacement ?

108. Même lorsqu'il est arrêté après une période d'utilisation normale, un grand réacteur nucléaire commercial transfère de l'énergie thermique à raison de 150 MW par la désintégration radioactive des produits de fission. Ce transfert de chaleur provoque une augmentation rapide de la température en cas de défaillance du système de refroidissement (1 watt = 1 joule/seconde ou 1 W = 1 J/ s et 1 mW = 1 mégawatt).

(a) Calculer le taux d'augmentation de la température en degrés Celsius par seconde (°C/s) si la masse du cœur du réacteur est\(1.60×10^5kg\) et s'il a une chaleur spécifique moyenne de 0,3349 kJ/kg⋅°C.

b) Combien de temps faudrait-il pour obtenir une augmentation de température de 2 000 °C, qui pourrait provoquer la fusion de certains métaux contenant les matières radioactives ? (Le taux initial d'augmentation de la température serait supérieur à celui calculé ici car le transfert de chaleur est concentré dans une masse plus petite. Plus tard, cependant, l'augmentation de la température ralentirait, car le récipient de confinement en acier de 500 000 kg commencerait également à chauffer.)

109. Vous laissez une pâte au réfrigérateur sur une assiette et demandez à votre colocataire de la sortir avant de rentrer chez vous afin de pouvoir la manger à température ambiante, comme vous le souhaitez. Au lieu de cela, votre colocataire joue à des jeux vidéo pendant des heures. À votre retour, vous constatez que la pâte est encore froide, mais que la console de jeu est devenue chaude. Agacé, et sachant que la pâte ne sera pas bonne si elle passe au micro-ondes, vous réchauffez la pâte en débranchant la console et en la mettant dans un sac poubelle propre (qui fait office de calorimètre parfait) avec la pâte sur l'assiette. Au bout d'un moment, vous constatez que la température d'équilibre est belle et chaude de 38,3 °C. Vous savez que la console de jeu a une masse de 2,1 kg. Approximativement, il s'agit d'une température initiale uniforme de 45 °C. La pâte a une masse de 0,16 kg et une chaleur spécifique de 3,0 kJ/ (kg⋅ºC), et se trouve à une température initiale uniforme de 4,0 °C. La plaque est à la même température et a une masse de 0,24 kg et une chaleur spécifique de 0,90 J/ (kg⋅ºC). Quelle est la chaleur spécifique de la console ?

110. Deux sphères solides, A et B, fabriquées dans le même matériau, sont à des températures de 0 °C et 100 °C, respectivement. Les sphères sont placées en contact thermique dans un calorimètre idéal et atteignent une température d'équilibre de 20 °C. Quelle est la plus grande sphère ? Quel est le rapport de leurs diamètres ?

111. Dans certains pays, l'azote liquide est utilisé dans les camions laitiers au lieu des réfrigérateurs mécaniques. Un trajet de livraison de 3 heures nécessite 200 L d'azote liquide, d'une densité de\(808kg/m^3.\).

(a) Calculer le transfert de chaleur nécessaire pour évaporer cette quantité d'azote liquide et porter sa température à 3,00 °C. (Utilisez-le\(c_P\) et supposez qu'il est constant sur toute la plage de températures.) Cette valeur est la quantité de refroidissement fournie par l'azote liquide.

(b) Quel est ce taux de transfert de chaleur en kilowattheures ?

(c) Comparer la quantité de refroidissement obtenue par la fusion d'une masse identique de glace à 0 °C avec celle obtenue par évaporation de l'azote liquide.

112. Certains amateurs d'armes fabriquent leurs propres balles, ce qui implique de faire fondre du plomb et de le lancer dans des limaces de plomb. Quelle quantité de transfert de chaleur est nécessaire pour augmenter la température et faire fondre 0,500 kg de plomb, à partir de 25,0 °C ?

113. Un cylindre en fer de 0,800 kg à une température de\(1.00×10^3°C\) est déposé dans un coffre isolé contenant 1,00 kg de glace à son point de fusion. Quelle est la température finale et quelle est la quantité de glace fondue ?

114. Répétez le problème précédent avec 2,00 kg de glace au lieu de 1,00 kg.

115. Répétez le problème précédent avec 0,500 kg de glace, en supposant que la glace se trouve initialement dans un récipient en cuivre d'une masse de 1,50 kg en équilibre avec la glace.

116. Un glaçon de 30,0 g à son point de fusion est déposé dans un calorimètre en aluminium d'une masse de 100,0 g en équilibre à 24,0 °C avec 300,0 g d'un liquide inconnu. La température finale est de 4,0 °C. Quelle est la capacité calorifique du liquide ?

117. a) Calculez le taux de conduction thermique à travers une fenêtre à double vitrage ayant une\(1.50-m^2\) surface et composée de deux vitres de verre de 0,800 cm d'épaisseur séparées par un entrefer de 1 cm. La température de la surface intérieure est de 15,0 °C, 15,0 °C, tandis que celle de l'extérieur est de −10,0 °C. (Conseil : il y a des baisses de température identiques sur les deux vitres. Trouvez-les d'abord, puis la chute de température à travers l'espace d'air. Ce problème ne tient pas compte de l'augmentation du transfert de chaleur dans l'espace d'air due à la convection.)

(b) Calculer le taux de conduction thermique à travers une fenêtre de 1,60 cm d'épaisseur de la même surface et aux mêmes températures. Comparez votre réponse avec celle de la partie (a).

118. a) Le mur extérieur d'une maison mesure 3 m de haut et 10 m de large. Il se compose d'une couche de cloison sèche avec un facteur R de 0,56, d'une couche de 3,5 pouces d'épaisseur remplie de nattes de fibre de verre et d'une couche de revêtement isolant avec un facteur R de 2,6. Le mur est si bien construit qu'il n'y a aucune fuite d'air à travers lui. Lorsque l'intérieur du mur est à 22 °C et l'extérieur à −2 °C, quel est le débit de chaleur à travers le mur ?

(b) De façon plus réaliste, l'espace de 3,5 pouces contient également des montants de 2 x 4, c'est-à-dire des planches de bois de 1,5 pouce sur 3,5 pouces orientées de telle sorte que la dimension de 3,5 pouces s'étende de la cloison sèche au revêtement. Ils sont placés « sur des centres de 16 pouces », c'est-à-dire que les centres des goujons sont distants de 16 pouces. Quel est le courant de chaleur dans cette situation ? Ne vous inquiétez pas pour un seul goujon plus ou moins.

119. Pour le corps humain, quel est le taux de transfert de chaleur par conduction à travers les tissus du corps dans les conditions suivantes : l'épaisseur du tissu est de 3,00 cm, la différence de température est de 2,00 °C et la surface de la peau est de 1,50 m21,50 m2. Comment cela se compare-t-il au taux de transfert de chaleur moyen vers le corps résultant d'un apport énergétique d'environ 2 400 kcal par jour ? (Aucun exercice n'est inclus.)

120. Vous avez une fiole Dewar (une fiole isotherme de laboratoire) dont le dessus est ouvert et les côtés droits, comme indiqué ci-dessous. Vous le remplissez d'eau et vous le mettez au congélateur. C'est effectivement un isolant parfait, bloquant tout transfert de chaleur, sauf sur le dessus. Après un certain temps, de la glace se forme à la surface de l'eau. L'eau liquide et la surface inférieure de la glace, en contact avec l'eau liquide, sont à 0 °C. La surface supérieure de la glace est à la même température que l'air du congélateur, soit −18 °C. Réglez le débit de chaleur à travers la glace égal au taux de perte de chaleur de la fusion lorsque l'eau gèle. Lorsque la couche de glace a une épaisseur de 0,700 cm, déterminez la vitesse en m/s à laquelle la glace s'épaissit.

121. Un réchauffeur infrarouge pour sauna a une surface\(0.050m^2\) et une émissivité de 0,84. À quelle température doit-il fonctionner si la puissance requise est de 360 W ? Négligez la température de l'environnement.

122. (a) Déterminez la puissance du rayonnement solaire en notant que l'intensité du rayonnement à la distance de la Terre est de \ (1 370 W/m^2 \. Conseil : Cette intensité se retrouve partout sur une surface sphérique dont le rayon est égal à celui de l'orbite de la Terre.

(b) En supposant que la température du Soleil est de 5 780 K et que son émissivité est de 1, trouvez son rayon.

Problèmes liés au défi

123. Un pendule est constitué d'une tige de longueur L et d'une masse négligeable, mais capable de dilatation thermique, et d'un poids de taille négligeable.

(a) Montrer que lorsque la température augmente de dT, la période du pendule augmente d'une fraction αLDT/ 2.

(b) Une horloge contrôlée par un pendule en laiton indique correctement l'heure à 10 °C. Si la température ambiante est de 30 °C, l'horloge tourne-t-elle plus vite ou plus lentement ? Quelle est son erreur en secondes par jour ?

124. À des températures de quelques centaines de kelvins, la capacité thermique spécifique du cuivre suit approximativement la formule empirique\(c=α+βT+δT^{−2}\), où α=349J/kg⋅K\(β=0.107J/kg⋅K^2\), et\(δ=4.58×10^5J⋅kg⋅K\). Quelle quantité de chaleur est nécessaire pour faire passer la température d'une pièce de cuivre de 2 kg de 20 °C à 250 °C ?

125. Dans un calorimètre à capacité thermique négligeable, 200 g de vapeur à 150 °C et 100 g de glace à −40 °C sont mélangés. La pression est maintenue à 1 atm. Quelle est la température finale et quelle est la quantité de vapeur, de glace et d'eau présente ?

126. Un astronaute effectuant une activité extra-véhiculaire (sortie dans l'espace) à l'ombre du soleil porte une combinaison spatiale qui peut être approximativement d'un blanc parfait (e=0), à l'exception d'une plaque de 5 cm × 8 cm en forme de drapeau national de l'astronaute. Le patch a une émissivité de 0,300. La combinaison spatiale située sous le patch a une épaisseur de 0,500 cm, une conductivité thermique K = 0,0600 W/m°C, et sa surface intérieure est à une température de 20,0 °C. Quelle est la température du patch et quel est le taux de perte de chaleur à travers celui-ci ? Supposons que le patch soit si fin que sa surface extérieure soit à la même température que la surface extérieure de la combinaison spatiale située en dessous. Supposons également que la température de l'espace soit de 0 K. Vous obtiendrez une équation très difficile à résoudre sous forme fermée. Vous pouvez donc la résoudre numériquement à l'aide d'une calculatrice graphique, d'un logiciel ou même par essais et erreurs avec une calculatrice.

127. Le but de ce problème est de déterminer la croissance d'une couche de glace en fonction du temps. Appelez l'épaisseur de la couche de glace L.

(a) Dérivez une équation pour dL/dt en termes de L, de température T au-dessus de la glace et de propriétés de la glace (que vous pouvez laisser sous forme symbolique au lieu de remplacer les nombres).

(b) Résolvez cette équation différentielle en supposant qu'à t=0, vous avez L=0. Si vous avez étudié des équations différentielles, vous connaîtrez une technique pour résoudre des équations de ce type : manipulez l'équation pour obtenir dL/dt multiplié par une fonction (très simple) de L d'un côté, et intégrez les deux côtés par rapport au temps. Vous pouvez également utiliser votre connaissance des dérivées de diverses fonctions pour deviner la solution, qui dépend simplement de t.

(c) L'eau finira-t-elle par geler jusqu'au fond du flacon ?

128. En tant que tout premier rudiment de la climatologie, estimez la température de la Terre. Supposons qu'il s'agisse d'une sphère parfaite et que sa température soit uniforme. Ignorez l'effet de serre. Le rayonnement thermique du Soleil a une intensité (la « constante solaire » S) d'environ\(1370W/m^2\) le rayon de l'orbite de la Terre.

(a) En supposant que les rayons du Soleil sont parallèles, par quelle surface S doit-on multiplier pour obtenir le rayonnement total intercepté par la Terre ? Il sera plus facile de répondre en termes de rayon de la Terre, R.

(b) Supposons que la Terre réfléchisse environ 30 % de l'énergie solaire qu'elle intercepte. En d'autres termes, la Terre a un albédo d'une valeur de A=0,3. En termes de S, A et R, à quelle vitesse la Terre absorbe-t-elle l'énergie du Soleil ?

(c) Déterminer la température à laquelle la Terre émet de l'énergie au même rythme. Supposons qu'aux longueurs d'onde infrarouges où il rayonne, l'émissivité e est de 1. Vos résultats montrent-ils que l'effet de serre est important ?

(d) En quoi votre réponse dépend-elle de la région de la Terre ?

129. Cessons d'ignorer l'effet de serre et intégrons-le très grossièrement au problème précédent. Supposons que l'atmosphère soit une couche unique, une enveloppe sphérique autour de la Terre, avec une émissivité e=0,77 (choisie simplement pour donner la bonne réponse) aux longueurs d'onde infrarouges émises par la Terre et par l'atmosphère. Cependant, l'atmosphère est transparente au rayonnement solaire (c'est-à-dire, supposons que le rayonnement se situe à des longueurs d'onde visibles sans infrarouge), de sorte que le rayonnement solaire atteint la surface. L'effet de serre provient de la différence entre la transmission de la lumière visible dans l'atmosphère et son absorption assez forte de l'infrarouge. Notez que le rayon de l'atmosphère n'est pas très différent de celui de la Terre, mais comme l'atmosphère est une couche au-dessus de la Terre, elle émet des radiations vers le haut et vers le bas, ce qui fait qu'elle a deux fois la surface de la Terre. Ce problème implique trois transferts d'énergie radiative : le rayonnement solaire absorbé par la surface de la Terre ; le rayonnement infrarouge provenant de la surface, qui est absorbé par l'atmosphère en fonction de son émissivité ; et le rayonnement infrarouge provenant de l'atmosphère, dont la moitié est absorbée par la Terre et dont l'autre moitié sort dans l'espace. Appliquez la méthode du problème précédent pour obtenir une équation pour la surface de la Terre et une pour l'atmosphère, et résolvez-les pour les deux températures inconnues, la surface et l'atmosphère.

a. En termes de rayon de la Terre, de constante σσ et\(T_s\) de température inconnue de la surface, quelle est la puissance du rayonnement infrarouge émis par la surface ?

b. Quelle est la puissance du rayonnement terrestre absorbé par l'atmosphère ?

c. En ce qui concerne la température inconnue\(T_e\) de l'atmosphère, quelle est la puissance rayonnée par l'atmosphère ?

d. Écrivez une équation selon laquelle la puissance du rayonnement que l'atmosphère absorbe de la Terre est égale à la puissance du rayonnement qu'elle émet.

e. La moitié de l'énergie émise par l'atmosphère atteint la Terre. Écrivez une équation qui indique que la puissance que la Terre absorbe de l'atmosphère et que le Soleil est égale à la puissance qu'il émet.

f. Résolvez vos deux équations pour la température inconnue de la Terre.

Pour les étapes qui rendent ce modèle moins rudimentaire, voir par exemple les conférences de Paul O'Gorman.

Contributeurs et attributions

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