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Calorimétrie
Bonsoir, besoin d'assistance pour un exercice de colorimétrie. En effet je crois que beaucoup vont dire que quelqu'un qui publie des exercices de cinétique publie encore des exercices de colorimétrie et se dit élève de terminale. Oui exactement je fais la terminale, le programme de sciences physiques chez nous est différent des autres pays car on ne fait pas la colorimétrie dans la 1ere S.
Alors s'il vous plaît besoin d'aide pour la dernière question seulement.
Énoncé :
Un calorimètre de capacité thermique négligeable contient 100g d'eau à 20 ° C. On y introduit un morceau de glace de masse 20g initialement à la température 0°C .
1 . Montrer qu'il ne reste pas de la glace lorsque l'équilibre thermique est atteint. Calculer la température d'équilibre.
2. Dans le système précédent, on ajoute alors un second morceau de glace de masse 20g dont la température est, cette fois, -18°C. Montrer que, lorsque l'équilibre thermique est atteint, il reste de la glace et que la température d'équilibre est 0°C. Calculer alors la masse d'eau liquide et de glace en présence.
3. Dans l'ensemble précédent , on introduit un autre glaçon de masse 20g à la température-18°C .Quelle est la nouvelle température d'équilibre ? Calculer la masse d'eau qui se congèle.
- capacité thermique massique de l'eau liquide : Ce= 4190J/kg/K
- Chaleur latente de fusion de la glace à 0°C : Lf = 3.34.105 J/kg
- Capacité thermique massique de l'eau Ce = 4.19kJ/kg/K
Bonjour,
Pour faire la dernière question il faut connaître l'état initial du système (masses et températures de l'eau et de la glace) lequel est identique à l'état final à l'issue de la question 2
De même pour connaître cet état final à l'issue de la question 2 il faut connaître son état initial lequel est identique à l'état final à l'issue de la question 1
Cela signifie qu'il est indispensable d'avoir les résultats des questions 1 et 2 pour pouvoir traiter la question 3
Et puis il manque une donnée : La capacité thermique massique de la glace.
Bonjour à vous deux,
@malikamoo10 : ne pas confondre calorimétrie et colorimétrie, ce n'est pas la même chose.
Ensuite, pour rappel :
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fiches du siteTu as déjà identifié qu'un sujet similaire avait été posté ici, tu pourrais au moins proposer tes pistes de réflexion intégrales sur les questions 1 et 2 et tenter la 3 :
un calorimètre (masse d'eau qui se congèle ...)Merci gbm, je n'avais pas repéré que malikamoo10 avait déjà pu profiter du travail de Beugg et de quarkplus.
Après réflexion je me suis finalement rendu compte qu'on pouvait traiter la question 3 en "cout circuitant" les questions 1 et 2.
J'attends une éventuelle réaction de malikamoo10 .....
Bonsoir, désolé de ne pas avoir exposé ce que j'ai fait. Au début de la question 3) le calorimetre contient 122.72g d'eau et 17.28g de glace à la température de 0°C car toute la glace n'a pas fondue. On a ajouté une glace de 20g de glace à -18°C dans l'ensemble précédent. Pour trouver la température d'équilibre je dois égaliser les quantités de chaleurs reçues et cédées, mais je ne sais pas comment les avoir.
*** message déplacé ***
Bonsoir, en effet desolé de ne pas avoir exposé ce que j'ai fait, mais j'ai répondu sur l'autre exercice. Désolé !
Pour la chaleur massique de la glace j'ai pris Cg= 2100J/Kg*°C.
Il y'aura peut être une petite différence entre nos valeurs mais ce n'est pas grave. C'est la procédure pour répondre à la question qui est chercher.
*** message déplacé ***
Tu peux considérer que tout se passe comme si les transferts d'énergie se déroulaient en deux temps :
a) Transfert glace - glace :
Transfert d'énergie depuis les 17,28g de glace à 0° vers les 20g de glace à -18°C
Le résultat sera donc 37,28g de glace à une température 
qu'il faudra calculer.
Dans ce transfert les 122,72g d'eau à 0°C ne sont pas concernés.
b) Transfert Eau - glace :
Transfert d'énergie depuis les 122,72g d'eau à 0°C vers les 37,28g de glace à la température
Ce transfert va provoquer une élévation de température de la glace de la température jusqu'à 0°C et simultanément un changement d'état d'une partie des 122,72g d'eau (qui restent à 0°C)
Le mélange final est un mélange eau/glace dont la température d'équilibre est nécessairement de 0°C
*** message déplacé ***
Pour le transfert glace-glace :
J'ai cherché les quantités de glaces reçues et cédées puis après les avoir égaliser j'ai une température d'équilibre de -8.34°C. Est ce correct ? Pour que je puisse faire le reste.
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Puisque la température du calorimètre est à 0°C et la température d'équilibre devrait être entre -8,34°C et 0°C alors la quantité de chaleur cédée par le calorimètre sera Q=0. Et on ne peut pas parler de fusion de la glace car -8.34<te<0°C te est la température d'équilibre. Alors Q(reçue)= mg*Cg*8.34 qui sera supérieur à Q(cédée) donc te=0°C. Est-ce correct ?
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Pour le transfert glace-glace :
J'ai cherché les quantités de glaces reçues et cédées puis après les avoir égaliser j'ai une température d'équilibre de -8.34°C. Est ce correct ? Pour que je puisse faire le reste.
Je ne vérifie un résultat numérique que s'il est clairement détaillé.
*** message déplacé ***
Bonsoir, voici l'explication :
Soit pour la 1er glace: m'=17.28g de température t'=0°C
Soit pour la 2ème glace: m''=20g de température t"=-18°C.
On a Q=m'*Cg*(te-t'') et Q'=m''*Cg*(t'-te)
À l'équilibre thermique: Q=Q' on obtient
te=(m''*t'+m'*t'') /(m'+m'') =(20*0+17.28*(-18))/(17.28+20)=-8.34°C d'où te=-8.34°C.
Bonjour ,
Je reprends en passant ...
Le raisonnement est bon , mais il y a une erreur dans l'application .
On le vérifie sans calcul :
Si les masses de glace étaient égales , la température du mélange de glace serait à -9°C .
Mais la masse de glace la plus froide est supérieure à la masse de glace à 0°C , donc vous devez trouver un résultat inférieur à -9°C .
La remarque de quarkplus est très judicieuse.
Je pense que l'erreur commise provient d'une interversion entre les masses m' et m"
Soit (en conservant les notations de malikamoo10) :
Q = m' * Cg * (te - t')
Q' = m'' * Cg * (te - t'')
Je te laisse poursuivre.
Bonsoir, avec ce que odbugt1 a dit on aura comme température d'équilibre :
Te=(m'*t'-m''*t'') /(m'-m'') =(17.28*0-20*(-18))/(17.28-20)=-132.35°C
Qui est trop inférieur à -8.34°C
Je n'obtiens pas le même résultat :
Q + Q' = 0 (Pas d'échange d'énergie avec le milieu extérieur)
m' * Cg * (te - t') + m'' * Cg * (te - t'') = 0
m' * (te - t') + m'' * (te - t'') = 0
(m' + m'') te = m' * t' + m'' * t''
te =( m' * t' + m'' * t'') / (m' + m'')
AN : te = (17,28 * 0 + 20 * (-18) ) / (17,28 + 20 )
te = - 360 / 37,28 = -9,66 °C
A l'issue du transfert d'énergie glace-glace on obtient l'équivalent d'un bloc de glace de 37,28g à la température de -9,66°C
Il faut maintenant étudier le transfert d'énergie glace-eau
La glace va recevoir de l'énergie pour passer de -9,66°C à 0°C
Cette énergie est fournie par le passage de l'état liquide à l'état solide d'une masse mg d'eau qu'il faut calculer.
En effet, pourquoi c'est Q+Q'=0 au lieu de Q=Q' ou bien il n'y a pas l'équilibre thermique entre les glaces ?
Mais je vois que pour le transfert glace-eau qu'il est prévisible que la température d'équilibre soit 0°C car l'eau est à 0°C.
odbugt1 désolé, j'ai compris ce que vous avez fait pour Q+Q'=0. Maintenant comme que la température d'équilibre est 0°C comment trouver la masse d'eau qui se congèle ? La procédure seulement je vais faire l'AN après
En effet, pourquoi c'est Q+Q'=0 au lieu de Q=Q' ou bien il n'y a pas l'équilibre thermique entre les glaces ?
Q ou Q' sont ici tous les deux de la forme m*C*(tfinal - t initial) et pas m*C*( t initial - tfinal)
Q et Q' sont des grandeurs algébriques.
Pour une énergie reçue : Q>0
Pour un énergie fournie : Q<0
Dans un calorimètre qui n'échange rien avec le milieu extérieur on a :
Q + Q' = 0
qu'on peut aussi écrire Q = -Q'
ou bien encore | Q | = | Q' |
mais pas Q = Q' puisque l'un est positif et l'autre négatif
La chaleur latente de fusion de la glace est égale à Lf
La chaleur latente Ls de solidification de l'eau est égale à - Lf
Q : Chaleur fournie (donc négative) par une masse mg d'eau qui se solidifie
Q = mg * Ls
Q' : Chaleur reçue (donc positive) par la glace qui se réchauffe passant de -9,66°C à 0°
Q' = ........................... A toi de voir !
Pas d'échange avec le milieu extérieur donc
Q+Q' = 0
ou bien Q=-Q'
ou bien | Q | = | Q' |
au choix .....
Réponse pour la masse d'eau qui se congèle :
Q'=37.28*2.1*(0-(-9.66))=756.26J
Et Q= mg * Ls= -mg * Lf
On a Q=-Q'
Ou bien -mg * Lf= -756.28
alors mg= 756.28/Lf=756.28/334=2.26g
Conclusion:
La masse d'eau qui se congèle est:
mg = 2.26g
Oui, j'ai trouvé le même résultat
Un détail qui, je pense n'a guère d'influence sur le résultat final :
Dans ton post du 16-03-20 à 22:44 tu donnes comme situation de départ un mélange de 122,72g d'eau et 17,28g de glace le tout à 0°C
Je ne connais pas l'origine de ces valeurs, mais ce ne sont pas exactement les mêmes que celles trouvées par quarkplus dans ses posts du 26-02-16 à 21:25 et 21.27 dans le topic
un calorimètre (masse d'eau qui se congèle ...)
Oui tu as raison, lorsque je corrigeais tout seul chez moi il n'y avait aucune donnée pour l'AN, alors j'ai moi même donné les valeurs identiques qui ont été donné dans d'autres exercices de Calorimétrie.
Puis lorsque j'ai cherché l'exercice sur le forum j'ai trouvé ce dont quarkplus a partagé. C'est ça la raison
Merci beaucoup odbugt1 pour ton aide.
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