TD physique

[Dragongnon22]

Bonjour, 

Quelqu'un pourrait il m'aider pour les questions 3 à 5 du QCM 8 sachant qu'elles sont toutes les 3 vrai car je suis totalement perdu et en TD j'ai pas eu le temps de prendre la correction.

De plus pour le QCM 9, je vois pas pourquoi au 3 on utilise la température de 10°C alors que pour le 2, on prend 20°C pour les calculs ?

Merci d'avance.

 

QCM 8 : Prendre un bon bain. Le problème est le suivant : un robinet d’eau chaude à 60°C et un autre d’eau froide à 20°C : Votre baignoire est pleine de 100L à 20° ; combien rajouter d’eau à 60°C pour un bain à 35°C ? (Heureusement qu’on a inventé les mitigeurs ! )

1. La quantité d’eau est une variable intensive 

2. L’eau liquide, nous refroidit plus que l’eau à l’état de vapeur parce que la capacite

   thermique de l’eau liquide est supérieure à celle de la vapeur

3. Il faut 60 litres

4. Imaginons qu’on plonge ensuite un corps de 70 Kg équivalent à l’eau à 37 °, sa

   température passera à 35°6

5. La quantité de chaleur échangée sera de 413KJ

 

 

QCM 9 : L’abus de d’alcool étant dangereux pour notre santé , prenons un jus de fruit ! En ce joli mois de juin, le verre de jus de fruit est à 30 °C. On a donc l’idée « révolutionnaire » d’ajouter à ce doux breuvage, de la glace à 0°c. L’objectif est d’avoir une température finale de 10 °C ? Combien faut-il de glace ? La capacité calorifique du verre et du jus est de 550 J.K-1. On admet qu'il n'y a échange de chaleur qu'entre la glace et le verre de jus de fruit. Cp eau liquide = 4.19 103J Kg-1K-1, Lfeau = 3.3 105 J Kg-1

1. Nous allons opérer une fusion de la matière !

2. Un abaissement de la température représente un transfert d’énergie de –11KJ du verre

   de jus de fruit vers le glaçon

3. Le transfert d’énergie vers le glaçon est de 370KJ par unité de masse de glace

4. La quantité de glace nécessaire est donc de 29g

5. Si le verre avec le glaçon était plein à ras bord, la fonte de celui-ci va faire déborder ce

   précieux nectar.

Edited February 17, 2020 by Théo81

[Falcor]

Salut @Théo81 !

 

Alors, pour tout simplifier et éviter des questions subsidiaires, je vais tout simplement expliquer ces deux QCM en entier.

 

QCM 8

L'objectif est donc d'ajouter un certain nombre x de litres à 60°C par dessus 100 L préexistants à 20°C pour que le total (100 + x) ait 35°C.

Donc on peut écrire que :

Donc C vrai.

 

A. Faux, extensive. Comme dit le proverbe "un peutipeu d'eau avec un petipeu d'eau, ça fait un petipeuplus d'eau".

 

B. Vrai.

C(eau liquide) = 4218 J.kg^-1.K^-1

C(vapeur) = 1030 J.kg^-1.K^-1

Donc pour un même on aura plus d'énergie dans le d'eau liquide par rapport à de l'eau gazeuse.

C'est à dire que passer de 40°C à 30°C de l'eau liquide extirpera plus d'énergie que passer de 40°C à 30°C de la vapeur d'eau (à des pressions différents bien sûr).

 

D. Même méthode que précédemment. On considère que 1L d'eau pèse 1kg.

Avec y représentant la température obtenue :

°C

Donc vrai.

 

E. L'item est absolument pas clair. Mais on s'intéresse ici à la chaleur échangée par les 70L d'eau rajouté qui auront donc perdu = 1,4°C.

Comme c = 4218 J.kg^-1.K^-1 (voir QCM3) :

Q = 70 x 4218 x 1,4 = 413364 soit environ 413 kJ.

Donc vrai.

 

QCM 9

On va ici suivre l'ordre des items, ça va être plus progressif.

 

A. Oui, la glace fond.

 

B. On va caluler l'énergie transférée (de manière exothermique, donc signe négatif) du verre de jus d'orage vers les glaçons pour les faire fondre. On sait que la température va passer de 30°C à 10°C (soit = 20)

On ne nous donne pas la masse de jus d'orange, mais on nous donne sa capacité thermique (pas massique !!!) en J.K^-1. Donc la masse inconnue a déjà été intégrée dans ce terme.

Soit :

Q = c. = 550 x 20 = 11000 J

Soit - 11 kJ. Vrai.

 

C. On a donc l'énergie totale que le jus d'orage va transférer aux glacons. Cette énergie va être consommée par lesdits glacons de deux manières :

> sous forme de chaleur latente pour passer de l'état solide à liquide

> puis sous forme de chaleur sensible pour passer de 0°C à 10°C

Donc :

Q = 11000 J = m(glace).L(fusion) + m(glace).C.

On peut donc factoriser par m(glace)

Soit :

Q = m(glace) (L(fusion) + C.)

Q = m(glace) (3,3.10^5 + 4,19.10^3 x 10)

Q = m(glace) x 370000

Q = m(glace) x 370 kJ

On aura donc bien 370 kJ transféré par unité de masse de glace. Vrai.

 

D. Soit :

11 kJ = m(glace) x 370 kJ

<=> m(glace) = 11/370 = 0,029 kg = 29 g

Donc vrai.

 

E. Faux, la densité de l'eau est maximale à l'état liquide (à 4°C précisément).

 

 

Voilà, j'espère que tu as compis, si tu as des questions (d'ailleurs si quiconque a des questions) n'hésite(z) pas !

[DrR]

Il y a 10 heures, DrSheldonCooper a dit :

D. Même méthode que précédemment. On considère que 1L d'eau pèse 1kg.

Avec y représentant la température obtenue :

°C

Donc vrai

salut @DrSheldonCooper d'où vient le 160 stp ? merci

 

[Dragongnon22]

Merci beaucoup @DrSheldonCooper, c'est une super explication. 

Sinon @DrR je pense que 160 vient des 100 L à 20°C + 60 L à 60°C

Edited February 18, 2020 by Théo81

[Dragongnon22]

Et sinon, j'ai une dernière question vraiment désolé de t'embêter @DrSheldonCooper mais ici pour la D (c'est aussi dans le TD qui me plait décidément pas sur cette partie ), avec le bilan des chaleurs je comprends qu'il faut additionner les deux chaleurs latentes de changement d'état ainsi que les deux chaleurs spécifiques donc en tout additionner 4 chaleurs pour trouver la quantité totale d'énergie mais pourquoi pour la chaleur latente de vaporisation on fait pas (18*10^-3)*40,5 soit la masse*L vaporisation ? (car dans la correction ils additionnent juste 40,5 au bilan sans multiplier par la masse, je sais pas si c'est clair ?)

 

QCM 10 : On convertit 18 g de glace à - 18°C en vapeur à 100 °C , à pression atmosphérique .

(cglace = 2,1 J.g-1.K-1 ; Lfusion = 334 J.g-1 ; Cp eau liquide = 4.18 103J Kg-1K-1 Lvaporisation = 40,5 kJ.mol-1)

1. Ces transformations n’induisent pas de changement de masse

2. La fusion de la glace consomme 6012J 

3. La vaporisation de l’eau consomme 40J

4. La quantité totale d’énergie est de 54.7KJ

5. En altitude à température ambiante constante, il aurait fallu moins d’énergie pour vaporiser l’eau

[Falcor]

Re-salut @Théo81 !

 

il y a 43 minutes, Théo81 a dit :

Sinon @DrR je pense que 160 vient des 100 L à 20°C + 60 L à 60°C

Oui c'est tout à fait ça ! On compte les 160 L totaux à 35°C.

 

Sinon, en avant pour le QCM 10 :

Bon, comme d'hab je vais refaire l'exo en entier ça évitera des questions subsidiaires :

L'objectif va donc être de passer de l'eau de l'état solide à -18°C à l'état gazeux à 100°C

Donc il faudra bien évidement tenir compte de tous les changement d'état et de la chaleur latente associée.

On obtient donc ce schéma :

https://zupimages.net/viewer.php?id=20/08/4s2v.png

 

Soit :

1) Passage de -18°C (solide) à 0°C (solide) : chaleur sensible

Q = m.c.

Q = 18 x 2,1 x 18 = 680,4 J

Attention aux unités !!! Ici on a pu multiplier par m en grammes car c est donné en J.g^-1.K^-1. Mais ce ne sera pas toujours le cas (voir ci-après).

 

2) Passage de 0°C (solide) à 0°C(liquide) : chaleur latente

Q = m.L

Q = 18 x 334 = 6012 J

Idem, m est en g mais L aussi, donc pas de soucis !

 

3) Passage  de 0°C (liquide) à 100°C (liquide) : chaleur sensible

Q = m.c.

Q = 18.10^-3 x 4,18.10^3 x 100 = 7524 J

Ici on a du convertir les g en kg car c est donné en J.kg^-1.K^-1.

 

4) Passage de 100°C (liquide) ) 100°C (gazeux)

Mais, attention aux unités !!! L est donné en kJ.mol^-1 et non en J.g^-1 ou J.kg^-1.

Le problème sera donc de savoir combien font 18 g en mol...

On va donc utiliser la masse molaire de l'eau, que Courbon considère que vous êtes censéd deviner...

En fait c'est pas très compliqué, la masse molaire de l'oxygène est 16 g/mol (l'oxygène a 16 nucléons) et celle de l'hydrogène est 1 (l'hydrogène a 1 nucléon). Donc la masse molaire de H2O est donc de 18.

Pour passer des g en mol, on va diviser les g par des g/mol car :

Soit :

Q = ( m / M ) x L

Q = ( 18 / 18 ) x 40,5 = 1 x 40,5 = 40,5 kJ

Attention on obtiens le résultat en kJ et pas en J !!!! Donc on a en réalité 40500 J.

 

Donc, l'énergie totale consommée est de :

Q = 680,4 + 6012 + 7524 + 40500 = 54716,4 J soit environ 54,7 kJ.

 

Soit :

A. Vrai, on a toujours la même quantité d'eau.

B. Vrai, voir 2)

C. Faux, 40 kJ

D. Vrai, voir résultat final

E. Vrai, comme je l'ai expliqué dans la correction de la colle, en altitude l'eau bout à une température inférieure car la pression est inférieure (voir schéma explicatif dans la correction de la colle). Donc si on considère que l'eau bout à 90°C en altitude, il faudra en effet moins d'énergie pour passer l'eau de 0°C à 90°C que pour la passer de 0°C à 100°C.

Celà peut notemment être problématique pour cuire des pâtes en montagne, car bien que l'eau se mettra à bouillir plus vite, l'énergie transférée aux pâtes lors de leur cuisson sera inférieure.

 

S'il reste des questions n'hésite(z) pas !

[Dragongnon22]

Je ne sais pas comment te dire merci tu es génial @DrSheldonCooper tout est beaucoup plus clair maintenant !!!

[Falcor]

Avec grand plaisir !

[DrR]

Le 18/02/2020 à 01:02, DrSheldonCooper a dit :

On aura donc bien 370 kJ transféré par unité de masse de glace. Vrai.

 

D. Soit :

11 kJ = m(glace) x 370 kJ

<=> m(glace) = 11/370 = 0,029 kg = 29 g

Donc vrai.

salut @DrSheldonCooper

je comprends pas ici pour les items C et D comment on sait que l'unité de masse de glace est en kilogrammes ?

après avoir trouvé 370KJ transféré par unité de masse de glace j'arrive pas à faire le raisonnement (surtout pour l'unité)

 

merci

Edited April 13, 2020 by DrR

[Falcor]

Salut @DrR

 

Eh bien tout simplement parce que le kg est l'unité du système international de la masse.

Par définition, les Joules sont des kg.m^2.s^-2.

[DrR]

Il y a 21 heures, DrSheldonCooper a dit :

Salut @DrR

 

Eh bien tout simplement parce que le kg est l'unité du système international de la masse.

Par définition, les Joules sont des kg.m^2.s^-2.

ahh oui merci bcp