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Effets physique des transfert thermiques

Posté par
Amell
02-03-13 à 18:13

Bonjour,
J'éprouve des difficultés à la réalisation d'un exercice :

Dans un calorimètre contenant initialement une masse d'eau meau= 200 g à la température Ti= 20 degré C, on ajoute un glaçon de masse m= 20 g à la température 0 degré C. On suppose que la capacité thermique du calorimètre est négligeable et on fait l'hypothèse que toute la glace fond. Calculer la valeur Tf, température finale atteinte par l'eau dans le calorimètre.

Données :
énergie massique de fusion de la glace : L = 332 kJ.kg-1
capacité thermique massique de l'eau liquide : c = 4.18 kJ.kg.°C-1

J'ai commencé par déterminer l'énergie cédée par l'eau qui s'est refroidie
Q = m.c.T
  = 200.0x10-3x 4.18 x 20
  = -16.7 J

Puis l'énergie reçue par le glaçon pour sa fusion
Q = m.L
  = 332 x 20.0x10-3
  = 6.64 J

Cependant je suis désormais bloqué pour la suite de l'exercice, et je ne suis pas forcément certaine de mon commencement.

Merci d'avance

Edit Coll : symbole

Posté par
Coll Moderateur
re : Effets physique des transfert thermiques 03-03-13 à 09:20

Bonjour,

Non, c'est mal commencé.
Tu ne peux pas écrire que T = 20 °C : tu fais comme si les 200 grammes d'eau à 20 °C avaient une température finale de 0 °C. Tu ne le sais pas puisque c'est justement la température finale que tu cherches.
_________

On accepte l'hypothèse de l'énoncé selon laquelle tout le glaçon fond. Si c'est faux on s'en apercevra à la fin car les résultats seront incohérents.

1) Quelle est l'énergie nécessaire pour faire fondre les 20 grammes de glace qui passeront ainsi de glace à 0 °C à eau liquide à 0 °C ?

2) Quelle est l'énergie nécessaire pour faire ensuite passer ces 20 grammes d'eau liquide qui sont à 0 °C à 20 grammes d'eau liquide à la température finale Tf ?

3) Toute cette énergie est cédée par les 200 grammes d'eau qui étaient initialement à 20 °C et dont la température baisse en conséquence jusqu'à la température finale Tf

Donc... trois calculs d'énergie
Une inconnue : Tf la température finale
Une équation qui traduit le fait que l'énergie reçue par le glaçon puis par l'eau liquide en provenance du glaçon est cédée par l'eau qui était initialement à 20 °C

Posté par
Amell
re : Effets physique des transfert thermiques 03-03-13 à 14:59

Je comprend pourquoi j'ai mal commencé.
Mon calcul pour déterminer l'énergie reçue par le glaçon est équivaut à l'énergie perdu par le refroidissement de l'eau. Soit une énergie de 6.44 J pour le glaçon et de -6.44 J pour l'eau.
Je ne comprend pas vos points 2) et 3) ..

Posté par
Amell
re : Effets physique des transfert thermiques 03-03-13 à 15:06

Du coup j'ai essayé de calculer Tfinal
T = -Q / m.c
  = -6.64 / 200.0x10-3 x 4.18
  = -7.94

Tfinal = Tinitial + T
       = 20.0 - 7.94
       = 12.06°C

Posté par
Coll Moderateur
re : Effets physique des transfert thermiques 03-03-13 à 16:40



Énergie nécessaire pour transformer les 20 g de glace à 0 °C en 20 g d'eau à 0 °C :

Q1 = m.L = 0,020 332 = 6,64 kJ

Quand on multiplie des kilogrammes par des kilojoules par kilogramme... on obtient des kilojoules !
___________

Bien sûr cette énergie est cédée par l'eau qui était à 20 °C
Mais cette eau n'a pas fini de céder de l'énergie puisqu'elle n'est pas à 0 °C l'équilibre thermique n'est pas atteint.
Cet équilibre ne sera atteint que pour une température Tf

Il faut donc que les 20 g d'eau liquide qui proviennent de la fusion du glaçon recoivent encore une énergie Q2 pour les réchauffer jusqu'à Tf

Et les 200 g d'eau qui étaient à 20 °C auront cédé au total une énergie Q3 qui aura fait baisser leur température de 20 °C à Tf

Donc :

Q2 = 0,020 4,18 (Tf - 0)
et
Q3 = 0,200 4,18 (20 - Tf)

Comme la somme des énergies reçues est égale à l'énergie cédée :

Q1 + Q2 = Q3
soit
6,64 + 0,020 4,18 (Tf - 0) = 0,200 4,18 (20 - Tf)

Une équation qui permet de calculer Tf

Mais là n'est pas l'essentiel ; l'essentiel est d'avoir compris les phénomènes physiques.

Posté par
Amell
re : Effets physique des transfert thermiques 03-03-13 à 19:00

Merci beaucoup, j'ai désormais compris le phénomène
bonne soirée

Posté par
Amell
re : Effets physique des transfert thermiques 03-03-13 à 19:09

Mais j'arrive pas à résoudre l'équation .. les deux Tf me rendent la tâche difficile ..

Posté par
Coll Moderateur
re : Effets physique des transfert thermiques 04-03-13 à 08:14

Tu as appris à faire cela en quatrième...

1) tout développer
2) regrouper
3) réduire
...



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