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Niveau maths spé
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Fusion de la glace

Posté par
butterfly93
11-09-14 à 19:59

Bonsoir, j'aurais besoin d'aide pour cet exercice :

On note respectivement cl et cs les capacités thermiques  massiques à pression constante de l'eau liquide et de la glace, et lfus(To) l'enthalpie massique de fusion de l'eau à la température d'équilibre To et à la pression d'équilibre Po. Un calorimètre de capacité thermique négligeable et parfaitement calorifugé est utilisé pour effectuer des mélanges eau/glace à la pression atmosphérique Po.

Données numériques :
Po = 1,013 bar
température de fusion To = 0°C
enthalpie massique de fusion : lfus(0°C) = 335kJ/kg
cl = 4,18kJ/(kg.K);cl = 2,1kJ/(kg.K)

On ajoute progressivement de la glace -5°C dans 40g d'eau à 40°C. Etudiez la température du mélange en fonction de la masse de glace introduite.

Je ne vois pas vraiment comment faire, je pensais à utiliser le fait que la somme des chaleurs d'un système doit être égale à zéro mais bon ...

Merci d'avance...

Posté par
alban
re : Fusion de la glace 11-09-14 à 20:22

Bonjour,

Que se passe-t-il si vous introduisez une toute petite quantité de glace, disons 1 g ?
Que se passe-t-il si vous introduisez une grande quantité de glace, disons 1 kg ?

Pensez-vous qu'il y ait un cas limite entre ces deux là ?

Posté par
butterfly93
re : Fusion de la glace 11-09-14 à 20:30

Bonjour alban,

merci de ta réponse.

Oui, il y a un cas limite où on un mélange liquide-glace, n'est-ce-pas ?

Posté par
butterfly93
re : Fusion de la glace 11-09-14 à 21:04

S'il vous plait ...

Posté par
butterfly93
re : Fusion de la glace 11-09-14 à 21:46

S'il vous plait, j'ai besoin d'aide ...

Posté par
alban
re : Fusion de la glace 12-09-14 à 12:25

Vous n'avez pas répondu à mes deux premières questions.
Au cas où : ne comptez pas sur moi pour faire votre travail à votre place...

Posté par
Fozzy
re : Fusion de la glace 12-09-15 à 01:08

Bonjour,

Je sais que ça ne fais pas trop de déterrer un topic vieux de plus 1 ans mais j'ai exactement le même exercice à faire pour lundi et je ne vois pas comment le résoudre.

J'ai essayé de trouver une fonction donnant la température en fonction de la masse de glace introduite pour pouvoir tracer un graphique. Pour trouver cette fonction je suis parti du fait que h=q=0=heau+hglace (car c'est adiabatique et à pression constante).
Avec heau=meau*cl*(Tfinale-Teau) (énergie nécessaire pour chauffer l'eau de Teau à Tfinale)

hglace=mglace*cs*(T0-Tglace) + mglace*lfus + mglace*(Tfinale-T0) (énergie nécessaire pour chauffer la glace de Tglace à T0 + énergie nécessaire pour la fusion de la glace + énergie nécessaire pour faire passer cette glace fondu de T0 à Tfinale)

En injectant dans la première équation (h=0) et en ré-arrangeant les termes je trouve Tfinale=\frac{m_{eau}*T_{eau*}cl - m_{glace}*(cs(T0-T_{glace}) - lfus + cs*T0)}{m_{eau}*cl + m_{glace}*cs}

Puis en remplaçant par les valeurs données je trouve une droite descendante, ce qui me semble bon et logique car plus on ajoute de la glace, plus la température diminue.

Cependant après ça je ne sais pas quoi faire. Est-ce que j'ai terminé l'exercice ou je n'ai traité qu'une partie du problème ? Ou ce que j'ai fait est complètement faux ?

Merci d'avance pour vos réponses.

Posté par
krinn Correcteur
re : Fusion de la glace 12-09-15 à 07:35

bonjour,

La méthode me semble la bonne.
Mais Alban a déjà laissé entendre qu'il y avait plusieurs cas de figure à considérer physiquement,
et, a priori, pour chacun d'eux il faut déterminer la loi T=f(m)

Posté par
Fozzy
re : Fusion de la glace 12-09-15 à 14:46

Bonjour,

D'accord merci. Je vais essayer de faire le cas où on ajoute beaucoup de glace c'est à dire que l'eau se solidifie complètement : ça va me mettre permettre de trouver une autre fonction. Ensuite je pense que le graphique sera composé de trois parties : une première droite descendante (partie liquide : la glace fond complètement), une deuxième droite horizontale a T=0°C (mélange eau/glace : l'eau se solidifie partiellement), puis une troisième droite descendante (l'eau se solidifie complètement). Ai-je raison ?

Merci d'avance

Posté par
krinn Correcteur
re : Fusion de la glace 12-09-15 à 15:21

Citation :
je pense que le graphique sera composé de trois parties

oui

Citation :
une deuxième droite horizontale a T=0°C

oui

Citation :
une première droite ...

Citation :
puis une troisième droite descendante...


attention, la variable est mglace donc ces portions de courbe sont des...

Posté par
Fozzy
re : Fusion de la glace 12-09-15 à 16:40

Citation :
attention, la variable est mglace donc ces portions de courbe sont des...

demi-droites ?

Posté par
krinn Correcteur
re : Fusion de la glace 12-09-15 à 16:52

non, une fonction du type: f(x) = (ax+b)/(cx+d)
correspond à une ...

Posté par
NELSON
bonjour 12-09-15 à 16:53






uiouje suis d'acoord

Posté par
Fozzy
re : Fusion de la glace 12-09-15 à 17:35

Citation :
non, une fonction du type: f(x) = (ax+b)/(cx+d)
correspond à une ...

une hyperbole

Posté par
krinn Correcteur
re : Fusion de la glace 12-09-15 à 18:06

oui, ça ne peut pas être une droite (sauf pour la partie où T=0°C évidemment) car T-> -5°C qd m->

Posté par
Fozzy
re : Fusion de la glace 12-09-15 à 20:48

D'accord, mais pour trouver la troisième partie du graphique je ne vois pas quelles quantités (énergies) à mettre en jeu pour trouver T=f(mglace).

J'ai essayé avec heau énergie pour faire passer l'eau de T0 à Tfinale
                        hglace énergie pour faire passer la glace de Tglace à Tfinale

Mais lorsque je remplace cela dansh = 0 je ne trouve pas une fonction avec une asymptote a T = -5°C quand mglace tend vers +

Pouvez-vous m'aider ?

Posté par
krinn Correcteur
re : Fusion de la glace 12-09-15 à 21:10

si mg est suffisamment grand, l'état final est de la glace à Tf comprise entre 0 et -5°C

donc Qglace = mg Cg (Tf-Tg) >0 (avec Tg=-5°C)

les 40g d'eau passent de 40°C à 0°C puis gèlent puis la glace obtenue passe de 0 à Tf (<0)

donc Qeau =...

Posté par
Fozzy
re : Fusion de la glace 12-09-15 à 21:43

Citation :
si mg est suffisamment grand, l'état final est de la glace à Tf comprise entre 0 et -5°C

donc Qglace = mg Cg (Tf-Tg) >0  (avec Tg=-5°C)

les 40g d'eau passent de 40°C à 0°C puis gèlent puis la glace obtenue passe de 0 à Tf (<0)

donc Qeau =...

Qeau = meau*cl*(T0-Teau) - meau*lfus + meau*Cg*(Tfinale-T0)

Posté par
krinn Correcteur
re : Fusion de la glace 12-09-15 à 22:16

oui, si T0 = 0°C

Posté par
Fozzy
re : Fusion de la glace 12-09-15 à 22:32

Oui, T0 = 0°C dans mon équation.

Merci beaucoup pour votre aide



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