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énergie
Bonjour, pourriez vous m'expliquer comment faire cet exercice? J'ai essayé mais j'ai vraiment du mal.. Le voilà :
Guy se fait cuire des pâtes. En effet, il a besoin d'énergie pour monter un mur de briques. Pour optimiser son temps, il fait quelques calculs. Il a les données suivantes :
-la capacité calorifique de l'eau est c=4,18kJ.kg-1.K-1, c'est à dire qu'il faut apporter à un kilogramme d'eau une énergie de 4,18kJ Pour augmenter sa température d'un kelvin;
-sa plaque consomme 2,2kW électriques et a un rendement de 60% (c'est à dire qu'elle ne restitue que 60% de l'énergie électrique qu'elle consomme sous forme thermique à la casserole);
-sur son paquet de pâtes, il est écrit que la valeur énergétique des pa^tes est de 1487kJ pour cent grammes; la durée de cuisson préconisées est de 8min;
-un whattheure est l'énergie transférée à la puissance d'un watt pendant une heure;
-elle utilise de grosse briques isolantes de 20kg chacune, de 28cm de largeur, 43cm de longueur et 25cm d'épaisseur.
1)Guy commence par faire chauffer deux litres d'eau. Déterminer la durée qu'il lui faudra pour le faire parvenir à ébullition (élévation de température de 20°C à 100°C. On négligera les pertes (chauffage de la casserole, de l'air environnant..)
2)Une fois que l'eau bout, Guy ajoute 250g de pâtes. En admettant que toute l'énergie du chauffage sert à cuire les pâtes (ce qui est faux), déterminer l'énergie électrique consommée. Rechercher sur une facture le prix du kilowattheure électrique et déterminer le coût correspondant.
3)Guy a mangé ses pâtes et s'apprête à se mettre au travail. On suppose qu'elle a un rendement de 100%, c'est à dire qu'elle convertit tout l'énergie apportée par les pâtes en énergie musculaire, donc mécanique. Elle construit un mur de deux mètres de haut avec une seule épaisseur de briques : cela revient au même coût énergétique que si elle montait toutes les briques du mur à la hauteur d'un mètre. Déterminer la longueur maximale du mur qu'elle peut construire sans remanger de pâtes. Conclure.
4)Résumer par un schéma l'ensemble des transformations énergétiques de cet exercice.
Merci d'avance
Bonjour Romane,
Encore des problèmes avec la physique 
?...
Pour la 1ère question, il faut d'abord déterminer la quantité d'énergie (quantité de chaleur) nécessaire pour élever la température de deux litres de 20°C à 100°C.
Connais-tu la formule pour ça ?
Bonjour Marc 
Merci de me venir en aide
1) Ca ne me dit rien comme formule.., que veux dire exactement quantité d'énergie (ou de chaleur)?
Pour élever la température de deux litres d'eau de 20°C à 100°C, il faut fournir de l'énergie à l'eau sous forme de chaleur.
Cette énergie que l'on appelle en général Q ( Q comme Quantité de chaleur) (on peut aussi l'appeler W ou autrement éventuellement) répond à la formule que tu as due voir :
Q = mc(
2-1)
Q en J
c (chaleur massique ou spécifique) en J.kg-1.K-1
2 : température finale en K
1 : température initiale en K
Cela te dit quelque chose ?
Là, c'est ennuyeux... parce que si tu ne connais pas cette formule, tu ne peux pas faire l'exercice !!...
Si c'est ton prof qui t'a donné cet exercice, ça doit bien correspondre à un cours...
J'ai malencontreusement oublié mes cours hier ailleurs que chez moi...
Bon, utilisons cette formule, d'ailleurs quel est son nom?
Détermination de la quantité d'énergie (quantité de chaleur) Q nécessaire pour élever la température de deux litres de 20°C à 100°C.
Q=m c (100°C-20°C)
Or comment mettre des °C en kelvin?
Et c est la masse de quoi/qui?
La formule n'a pas de nom spécial à ma connaissance.
K = °C + 273 donc quand il s'agit d'une différence, on peut laisser en °C, c'est pareil.
La masse, c'est la masse à chauffer c'est-à-dire des deux litres d'eau.
c = 4180 J.kg-1.K-1 (donnée de l'exo)
Comment savoir la masse de 2L d'eau?
La température initiale est donc 293 Kelvin
La température finale est donc 373 Kelvin.
La température initiale est donc 293 Kelvin
La température finale est donc 373 Kelvin.
Oui et, comme je l'ai dit, 373 - 293 = 100 - 20 = 80.
La température en K est la température absolue. 0 K correspond -273 °C qui est la température la plus basse à laquelle on peut aller.
La masse volumique de l'eau est 1000 kg.m-3 ou plus simplement, un litre d'eau a une masse de 1 kg.
(Toujours aussi clairs tes messages 
!)
Donc 2L d'eau ont une masse de 2kg.
Détermination de la quantité d'énergie (quantité de chaleur) Q nécessaire pour élever la température de deux litres de 20°C à 100°C:
Q= m c (100°C-20°C)
Q= 2*4,18*80
Q=668,8 J
Par contre, je ne vois toujours pas comment avec ceci on peut déterminer la durée qu'il lui faudra pour le faire parvenir à ébullition..
Peux tu m'expliquer?
Oui, pour la durée, j'y arrive...
Tu t'es trompée dans les unités... J'avais bien écrit c = 4180 J.kg-1.K-1
Dans le texte, il est écrit : c = 4,18 kJ.kg-1.K-1
Q = 2 x 4180 x 80 = 6,688.105 J
Pour la durée, l'énergie calorifique provient de l'énergie électrique mais avec un rendement de 60%.
Il faut aussi savoir que Q = W = P t c'est-à-dire que l'énergie est égale à la puissance multipliée par le temps (Q ou W en J, P en W, t en s).
Q = 0,6 x 2200 x t
Pourquoi 0,6 et je déduis que 2,2kW = 2200 W ?
Donc t=6,688.105/(0,6*2200)=506,66 sec, soit 8,44 min? Ca ne m'a pas l'air très précis comme résultat..
Oui 2,2 kW = 2200 W est la puissance électrique de la plaque de cuisson.
sa plaque consomme 2,2kW électriques et a un rendement de 60% (c'est à dire qu'elle ne restitue que 60% de l'énergie électrique qu'elle consomme sous forme thermique à la casserole)
Sur les 2200 W, il n'y en a que 60% qui sont transformés en chaleur. Donc la puissance calorifique n'est que 60% de 2200 w ==> 0,6 x 2200.
Cela fait 506,66 s, soit 8,44 mn, soit 8 mn 27 s à peu de choses près...
Les résultats en physique ne tombent pas forcément "justes"...
Je sais c'est des bases et je devrais savoir faire mais comment passes tu de 8,44 mn à 8 mn 27 s?
merci
8,44 mn, ça fait 8 minutes entières et il reste 0,44 mn (il faut prendre le nombre exact 0,4444... avec la calculatrice en faisant 8,44444... - 8 = 0,44444...).
Et ensuite il suffit de faire 0,4444... x 60 et on trouve le nombre de secondes correspondant à la minute qui n'est pas entière, soit environ 27 secondes.
En admettant que toute l'énergie du chauffage sert à cuire les pâtes (ce qui est faux), déterminer l'énergie électrique consommée
la durée de cuisson préconisée est de 8 min
La quantité de pâtes n'intervient pas. Il faut 8 minutes.
L'énergie électrique consommée (W = P t) est donc :
W = 2200 x (8 x 60) en J
ou
W = 2200 x (8/60) en Wh
t = 8 x 60 en secondes
t = 8 / 60 en heures
Rechercher sur une facture le prix du kilowattheure électrique
J'ai trouvé 0,08 € / kWh. Et toi ?
Je n'ai pas de facture à ma disposition... Tu as trouvé 0,08 euros /kWh sur une facture ou c'est le prix corespondant? Dans ce dernier cas, quel est ton calcul? Avec W en J ou en Wh ?
2) En fait, P=2,2kW et c'est une puissance?
En fait, P=2,2kW et c'est une puissance?
Oui, c'est la puissance électrique de la plaque.
J'ai trouvé 0,08 € / kWh sur une facture.
On peut faire le calcul en joules et transformer en kWh.
Si on fait le calcul en Wh, c'est plus simple à transformer en kWh
W = 2200 x (8/60) en Wh
W = 293,3 Wh = 0,2933 kWh
==> 0,08 x 0,2933 = 0,023 €... Ce n'est pas beaucoup
!Ok dac pour la 2), j'ai compris
3)Alors là 
tout ce que je sais c'est que le rendement c'est ce qui est utile/ce qui coute
Guy a un rendement de 100% ==> Cela signifie qu'il peut restituer toute l'énergie due aux pâtes (mangées et digérées) sous forme d'énergie mécanique.
On a 1487 kJ ( 1,487.106 J ) pour 100 grammes de pâtes. Comme on a 250 g :
W = 1,487.106 x (250/100)
elle utilise de grosse briques isolantes de 20kg chacune, de 28cm de largeur, 43cm de longueur et 25cm d'épaisseur.
Là, c'est un peu ambigu... Je ne sais pas bien comment il dispose les briques :
43 cm, c'est la longueur donc c'est dans le sens du mur
28 cm de largeur ==> c'est dans le sens horizontal ou vertical ?
25 cm d'épaisseur ==> c'est dans le sens horizontal ou vertical ?
Si 28 cm, c'est dans le sens horizontal, 25 cm est dans le sens vertical mais ça peut être l'inverse...
Elle construit un mur de deux mètres de haut avec une seule épaisseur de briques : cela revient au même coût énergétique que si elle montait toutes les briques du mur à la hauteur d'un mètre
On peut trouver le nombre de briques.
En effet, si N est le nombre de briques, monter N briques à 1 m de hauteur nécessite une énergie de Nmgh avec :
N : nombre de briques
m : masse d'une brique
g : accélération de la pesanteur 9,81 N.kg-1
h = 1 m
Calcul fait, je trouve beaucoup de briques !
Vérification :
Es-tu sure de :
la valeur énergétique des pâtes est de 1487 kJ pour cent grammes
Es-tu sure de " kJ " en particulier ?
Guy a un rendement de 100% ==> Cela signifie qu'il peut restituer toute l'énergie due aux pâtes (mangées et digérées) sous forme d'énergie mécanique.
On a 1487 kJ ( 1,487.106 J ) pour 100 grammes de pâtes. Comme on a 250 g :
W = 1,487.106 x (250/100)
Qu'est ce que W?
J'ai recopié l'énoncé sans fautes
On peut trouver le nombre de briques.
En effet, si N est le nombre de briques, monter N briques à 1 m de hauteur nécessite une énergie de Nmgh avec :
N : nombre de briques
m : masse d'une brique
g : accélération de la pesanteur 9,81 N.kg-1
h = 1 m
Je ne connais pas cette formule.. ni à quoi elle sert
Et je n'arrive pas à comprendre la situation déjà, si tu l'as comprises peux tu m'en dire plus?
As tu trouvé la longueur maximale du mur?
Oui, j'ai trouvé une longueur pour le mur mais c'est un peu trop long à mon avis... Donc il doit y avoir une erreur quelque part.
Les pâtes fournissent 1487 kJ d'énergie pour 100 g.
W, c'est l'énergie fournie par les 250 g mangées (et digérées) par Guy.
Donc 250 g de pâtes fournissent une énergie de :
W = 1,487.106 x (250 / 100) J
C'est mieux ?
Avec cette énergie, Guy va construire un mur de 2 mètres de haut et on veut savoir, avec cette quantité d'énergie contenue dans 250 g de pâtes, quelle longueur peut faire le mur.
Elle construit un mur de deux mètres de haut avec une seule épaisseur de briques : cela revient au même coût énergétique que si elle montait toutes les briques du mur à la hauteur d'un mètre
Pour évaluer l'énergie nécessaire pour construire le mur, on nous dit que c'est équivalent à l'énergie qu'il faut pour monter toutes les briques utilisées à une hauteur de 1 mètre.
L'énergie pour monter une brique de masse m à 1 mètre, c'est le travail qu'il faut accomplir pour la monter à cette hauteur : c'est donc le travail du poids ==> mgh avec h = 1 m
S'il y a N briques utilisées pour construire le mur, la masse sera N fois plus grande ==> Nmgh
Je comprends le raisonnement je crois.. Mais une fois qu'on a évalué l'énergie nécessaire pour construire le mur, comment faire le lien avec la longueur maximale du mur qu'elle peut construire sans remanger de pâtes?
Les briques font 43 cm de longueur et 25 cm de hauteur (ou 28 cm, je ne sais pas, ça dépend du sens dans lequel on met les briques). Si elles font 25 cm de hauteur, sur 2 m, il en faudra 8.
Quand on aura calculé le nombre total N de briques, il faudra diviser pour savoir combien de briques on mettra horizontalement. Autrement dit, combien de colonnes de 8 briques peut_on faire avec N briques ?
Sachant que les briques font 43 cm de longueur, il ne reste plus qu'à multiplier 43 cm par ce nombre et on trouve la longueur du mur.
Le calcul me donne à peu près 1 km pour le moment mais je trouve que ça fait beaucoup.
"...il faudra diviser pour savoir combien de briques..." ==> ...il faudra diviser par 8 pour savoir combien de briques...
Le raisonnement de 20:24 sert justement à calculer le nombre N de briques.
Quand on a calculé ce nombre, on peut appliquer le raisonnement de 21:53.
A force de te lire, je n'arrive pas/plus à comprendre ce que tu essaies de faire, voudrais tu me rééxpliquer?
Cet exercice a assez peu d'intérêt à mon avis, en particulier à cause des multiples approximations qui sont mises en oeuvre... mais tant pis...
Je ne fais que "traduire" ce qui est dit dans le texte. Je ne fais appel à aucune autre connaissance.
Le but, je crois, est de montrer la différence entre l'énergie apportée par les pâtes et l'énergie qu'il faut pour les faire cuire.
Il ne faut pas dire, par exemple, qu'il faut 1487 kJ pour 100 g pour faire cuire des pâtes. 1487 kJ pour 100 g est l'énergie fournie par les pâtes lorsqu'elles sont mangées (et digérées ! ).
Donc Guy a mangé (et digéré) les 250 g de pâtes qui lui fournissent une énergie de 1487 kJ par 100 g. Dans le texte, on dit que l'on considère que le rendement est de 100%. Donc Guy va utiliser toute l'énergie fournie par les 250 g de pâtes.
Cette énergie est :
Wpâtes = 1,487.106 x (250 / 100) J puisque 1487 kJ = 1,487.106 J
Wpâtes = 3,7175.106 J
Déterminer la longueur maximale du mur qu'elle (il ? ) peut construire sans remanger de pâtes
Autrement dit, quelle est la longueur maximale de mur qu'il peut construire en utilisant toute l'énergie des pâtes mangées ?
Pour déterminer l'énergie utilisée pour construire le mur, on nous dit :
Elle construit un mur de deux mètres de haut avec une seule épaisseur de briques : cela revient au même coût énergétique que si elle montait toutes les briques du mur à la hauteur d'un mètre
On va appeler N, le nombre de briques utilisées (qu'on ne connaît pas). L'énergie nécessaire pour soulever ces N briques à 1 mètre, c'est le travail nécessaire pour soulever ces N briques (on appelle ça l'énergie potentielle mais, en 1ère, je crois qu'on n'étudie pas l'énergie potentielle mais ça dépend de la 1ère).
Le travail nécessaire pour soulever une brique de masse m (20 kg) à une hauteur h (1 m)est :
Wbrique = mgh
Pour N briques :
Wbriques = Nmgh
Mais il faut calculer N.
Pour cela, on nous dit :
Elle construit un mur de deux mètres de haut avec une seule épaisseur de briques.
elle (il ? ) utilise de grosse briques isolantes de 20kg chacune, de 28cm de largeur, 43cm de longueur et 25cm d'épaisseur.
C'est là où il y a une petite ambiguïté. 43 cm, c'est dans le sens de la longueur du mur certainement, mais pour 28 et 25 cm, on ne sait pas...
Comme le mur mesure 2 mètres, j'ai tendance à choisir 25 cm dans le sens de la hauteur parce que ça tombe "juste". Il faut donc 8 briques pour faire la hauteur du mur (200/25 = 8).
Cela revient donc à savoir combien de colonnes de 8 briques, on peut faire avec N briques.
L'énergie fournie par les pâtes est égale à l'énergie nécessaire pour soulever les N briques à 1 mètre.
Wbriques = Nmgh = 20.9,81.1.N = 196,2 N J
Donc :
Wpâtes = 3,7175.106 J = 196,2 N J
N = 3,7175.106 / 196,2 = 18947 briques (ça fait beaucoup ! )
Puisqu'il faut 8 briques en hauteur, dans la longueur, on aura N/8 briques soit 2368 briques.
Chaque brique mesurant 43 cm, la longueur du mur sera : 2368 x 43 = 101824 cm = 1018,24 m
soit 1 km environ
Cela fait beaucoup à mon avis mais compte tenu de toutes les approximations plus ou moins bizarres...
Pour la question 2, normalement, il faudrait tenir compte de l'énergie pour faire bouillir l'eau mais ce n'est pas ce que je comprends dans le texte de la question.
J'espère que c'est plus clair (mais c'est un exercice "tordu")
...Bonsoir et merci pour ton message
c'est le travail nécessaire pour soulever ces N briques (on appelle ça l'énergie potentielle mais, en 1ère, je crois qu'on n'étudie pas l'énergie potentielle mais ça dépend de la 1ère).
J'ai vu que l'énergie potentielle de pesanteur Epp= m g z avec m la masse du système, g l'intensité de pesanteur et z l'altitude en m, on ne peut pas s'en servir?
Wbrique = mgh
Pour N briques :
Wbriques = Nmgh
Comment le sais tu?
200/25 = 8).
D'où vient le 200?
Wbriques = Nmgh = 20.9,81.1.N = 196,2 N J
je ne vois pas d'où vient ce résultat, on ne connait pas N..
4)A voir.
Merci encore
salut Marc 35 et Romane
La curiosité m'a poussé à lire cet exercice .
Je trouve aussi L=1km environ
Cet exercice est absurde ,même si les calculs sont corrects.
Bonne continuation
J'ai vu que l'énergie potentielle de pesanteur Epp= m g z avec m la masse du système, g l'intensité de pesanteur et z l'altitude en m, on ne peut pas s'en servir?
Wbrique = mgh
Pour N briques :
Wbriques = Nmgh
Oui, on peut utiliser l'énergie potentielle.
"Wbrique = mgh" ==> Ce n'est pas autre chose que ce que tu as écrit : Epp = m g z
L'énergie potentielle est égale au travail fourni pour monter à l'altitude z (ou h) (au signe près).
D'où vient le 200?
200, c'est 200 cm c'est-à-dire 2 m ==> la hauteur du mur
Wbriques = Nmgh = 20.9,81.1.N = 196,2 N J
je ne vois pas d'où vient ce résultat, on ne connait pas N..
C'est justement pour calculer N
Pour monter N briques à 1 m, il faut une énergie de 196,2 N J.
Les pâtes fournissent une énergie de 3,7175.106 J (voir calcul message précédent).
On peut ainsi calculer le nombre N de briques que l'on peut monter à 1 m avec l'énergie dont on dispose (l'énergie des pâtes) ==> 196,2 N = 3,7175.106
Je ne fais que "traduire" le texte de l'énoncé.
3)
Bonjour Marc, j'ai compris
Or je viens de me rendre compte que niveau chiffres significatifs c'est pas le mieux ! Dès le premier calcul de 20:10 on devrait se retrouver qu'avec 3 chiffres significatifs. En même temps vu l'exercice la précision n'est pas le plus important mais... qu'en penses tu ? Dois je suivre ces règles vraiment vraiment? Je pense
4) Je ne sais pas si mon schéma est correct.. il manque peut êtres des trucs, et comment définir l'énergie de Guy qu'il a accumulé en mangeant?
Pour la 4, je propose :
énergie électrique 
énergie thermique énergie mécanique
Pour l'énergie mécanique, c'est dans le texte :
l'énergie apportée par les pâtes en énergie musculaire, donc mécanique
Pour la 3, essaye de respecter les chiffres significatifs, c'est mieux, mais ce n'est pas le plus important.
Donc W = 1,487.106 x (250 / 100) J = 3,71.106 J effectivement.
J'ai mis les résultats "bruts" sans tenir compte des chiffres significatifs.
Je te laisse fignoler les résultats...
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