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Niveau maths spé
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Calorimétrie

Posté par Profil etudiantilois 13-10-19 à 11:38

Bonjour,

J'ai des difficultés sur cet exercice.

Dans un récipient calorifugé, contenant une masse M = 1 kg d'eau à T1=293 K, on place un bloc de glace de masse m=500 g à T0=293 K.

a) Quelle est la température et la composition du mélange à l'équilibre ?

b) Calculer la variation d'entropie du système contenu dans le calorimètre. Commenter.

Pour la a), j'ai fait un schéma de la transformation mais je suis bloqué... Je suis perdu en thermodynamique, à chaque exercice je ne sais pas quelle formule utiliser... Pourriez-vous m'aider svp ?

Merci beaucoup et bon dimanche.

Posté par
vanoise
re : Calorimétrie 13-10-19 à 12:05

Bonjour
Le système {eau+glace} évolue de façon adiabatique : Q=0 .
Le système évolue de façon monobare : Q=H
Au final : H = 0
H étant une fonction d'état extensive : H=Hglace + Heau.
Avant de faire le calcul rigoureux, tu peux faire le rapide calcul suivant :
L'eau, en se refroidissant jusqu'à 0°C, peut céder une quantité de chaleur :
|Qeau}=me.ce.T=1*4,18*(-20)=83,6kJ
La glace, pour fondre complètement, doit absorber une quantité de chaleur :
Qglace=mg.Ffusion=0,5*334=167kJ
Je te laisse conclure sur l'état final du système...
L'entropie est aussi une fonction d'état extensive :
S=Sglace + Seau.
Puisqu'il s'agit d'une fonction d'état, il est possible de calculer chaque variation en imaginant un chemin fictif réversible...

Posté par Profil etudiantiloisre : Calorimétrie 13-10-19 à 12:15

Merci beaucoup pour votre réponse vanoise. Je vous suis franchement vraiment reconnaissant de m'aider presque à chaque fois... J'espère que cela paiera un jour !

Je vais poser cet exercice au brouillon dès que j'aurai terminé de relire tout mon cours.

Question : y a-t-il des "trucs" à savoir en thermodynamique, des réflexes à avoir dès la lecture de l'énoncé ?

(Comme par exemple, lecture du mot "calorimètre" => delta H = 0, si je ne me trompe pas...)

Posté par
vanoise
re : Calorimétrie 13-10-19 à 12:26

Le "truc" comme tu dis consiste à bien comprendre les bases du cours : ce qu'est une fonction d'état , les deux principes de la thermodynamique et les propriétés de H :
H=Q pour système fermé évoluant de façon isobare ou monobare.

Posté par Profil etudiantiloisre : Calorimétrie 13-10-19 à 13:25

D'accord.

Et à propos de l'égalité : dU=TdS - PdV :

peut-on écrire : U = TS- PV ?

Si oui, à quelles conditions ?

Merci encore.

Posté par
vanoise
re : Calorimétrie 13-10-19 à 14:20

On peut passer de la différentielle à l'expression de la variation en dessous seulement si T et P fixes.
Dans ton problème, la situation est beaucoup plus simple. Il suffit, pour l'eau d'une part, pour la glace d'autre part, d'imaginer un chemin réversible et d'écrire dans chaque cas :

\Delta S_{eau}=\intop_{EI}^{EF}\dfrac{\delta Q_{eau}}{T}\quad;\quad\Delta S_{glace}=\intop_{EI}^{EF}\dfrac{\delta Q_{glace}}{T}
Je suis volontairement resté vague sur les bornes d'intégration correspondant à l'état initial et à l'état final.



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