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Température
Bonjour,
Je n'arrive pas à répondre a un exercice. Pouvez-vous si possible, m'aider a y répondre. Merci...
Dans un calorimètre de capacité thermique C=140 J. °C, on verse une masse m1=100g d'eau. On relève une température T1 pour l'ensemble calorimètre + eau. On introduit alors une masse m2= 20g de glace prise à T0= 0°C.
On laisse fondre la totalité de la glace. La température finale à l'équilibre obtenue est Tf= 7°C. Quelle était la température T1 au début de l'expérience ? On donnera la valeur de T1 à l'unité près.
Données
•énergie massique de fusion de la glace : L= 334 kJ. kg
•C= 4,18 kJ. kg
. °C
On peut séparer le système {eau + calorimètre + glace} en 2 parties :
Partie 1 : Elle est formée par l'eau et le calorimètre qui se refroidissent en cédant une quantité de chaleur Q1.
Partie 2 : La glace qui fond et dont l'eau de fusion se réchauffe de 0°C à 7°C en recevant une quantité de chaleur Q2
On s'intéresse dans un premier temps uniquement à la partie 2 :
Les données de l'énoncé + la connaissance du cours permettent de calculer numériquement la valeur de Q2
Alors lance toi et calcule Q2 !
Indication : Sauf erreur de ma part Q2 est compris entre 7000 et 8000J
Il est possible alors que tu puisses terminer cet exercice et trouver la valeur de T1 en te souvenant que si le calorimètre est bien isolé tu dois avoir |Q2| = |Q1|
Je ne sais pas par quoi commencer.
Quand vous dites de calculer Q2, parlez-vous de cette formule ? :
Q1=Q2
D'où :
La "formule" dont tu parles ne s'applique pas ici.
Elle concerne un problème dans lequel il n'y a ni calorimètre, ni glace.
On ne résout pas un problème à coup de "formules" (qu'on croit magiques) utilisées au hasard.
Sais tu comment on calcule la quantité de chaleur nécessaire pour faire fondre un morceau de glace dont on connait la masse ainsi que la chaleur (ou énergie massique) de fusion ?
Si c'est " oui " , alors fais le.
Si c'est " non " regarde ton énoncé :
Il te dit ( mais il faut savoir "lire entre les lignes" ) que pour faire fondre 1 kg de glace ( pris à 0°C) il faut 334 kJ, soit 334000 J
Ton morceau de glace ( pris à 0°C ) n'a pas une masse de 1 kg, mais un masse de 20g
Sauras tu calculer la quantité de chaleur nécessaire pour le faire fondre ?
Et surtout pas de "formules" ! C'est une très bête question de proportionnalité niveau collège.
Que puis-je faire après avoir calculé la quantité de chaleur nécessaire pour faire fondre le morceau de glace de masse m=20g ?
Ton calcul est exact. 
Ces 20g de glace ont donc reçu 6680J et sont devenus 20g d'eau liquide à 0°C .
Ce n'est pas tout à fait fini pour ce que j'ai appelé " la partie 2 " car ces 20g d'eau liquide à 0°C vont encore recevoir de la chaleur pour devenir 20 g d'eau liquide à 7°C
On va donc calculer la quantité de chaleur nécessaire pour obtenir cette augmentation de température.
Pour cela on peut, bien entendu, utiliser une "formule" (
) :
q=m(eau)*c(eau)*(tf(eau)-ti(eau))
On peut aussi continuer à lire entre les lignes de l'énoncé qui dit que pour augmenter de 1°C la température de 1 kg d'eau il faut lui fournir 4,18 kJ = 4180 J
Mais là, il faut élever de 7°C ( et non de 1°C) la température de 20 g d'eau ( et non 1 kg)
Alors ( tu as le choix de la méthode) résultat .....
Quand tu auras ce résultat tu devras l'additionner aux 6680 J déjà calculés et tu obtiendras ainsi la quantité de chaleur Q2 reçue par la "partie 2" (*) pour la faire fondre et l'amener à 7°C
On pourra alors s'attaquer à la "partie 1" (*)
(*) Revoir éventuellement dans mon post du 21-03-18 à 23:35 ce que sont les "parties 1" et "partie 2"
q=m(eau)*c(eau)*(tf(eau)-ti(eau))
Je trouve:
Q=2926-418.T1
Est ce correct ?
Je trouve:
Q=2926-418.T1
Est ce correct ?
Non.
Je te rappelle que nous travaillons ici, sur la partie 2 (*) du système et plus particulièrement sur l'eau de fusion de la glace.
m(eau de fusion) = 20g = 0,02 kg
Température initiale ti de cette eau de fusion : 0°C
Température finale tf de cette eau de fusion : 7°C
donc : q=m(eau de fusion de la glace)*c(eau)*(tf(eau de fusion de la glace)-ti(eau de fusion de la glace))
tu dois calculer " q " numériquement pour pouvoir l'ajouter aux 6680J déjà trouvés et obtenir ainsi la quantité de chaleur totale Q2 reçue par la partie 2 (*) du système.
T1 qui concerne la partie 1 (*) du système n'intervient pas ici.
(*) (Ceci est une copie de mon post du 21-03-18 à 23:35
On peut séparer le système {eau + calorimètre + glace} en 2 parties :
Partie 1 : Elle est formée par l'eau et le calorimètre qui se refroidissent en cédant une quantité de chaleur Q1.
Partie 2 : La glace qui fond et dont l'eau de fusion se réchauffe de 0°C à 7°C en recevant une quantité de chaleur Q2
Je pense avoir compris. On cherche Q2 pour au final chercher Q1 ?
Il y a un peu de ça oui .....
Il se produit un transfert de chaleur depuis la partie 1, vers la partie 2
La partie 1 {100g d'eau + le calorimètre} va céder en se refroidissant la quantité de chaleur Q1 à la partie 2.
La partie 2 {20 g de glace} fond puis se réchauffe en recevant pour cela de la partie 1 une quantité de chaleur Q2.
Si le calorimètre est bien isolé, il n'y aura pas de fuite de chaleur vers l'extérieur et on aura donc |Q1| = |Q2|
Tu es en train de calculer la valeur numérique de Q2
Tu chercheras ensuite à exprimer Q1, mais là il y aura une inconnue qui est T1
Puisque |Q1| = |Q2| tu obtiendras une équation contenant l'inconnue T1
Résoudre cette équation te permettra de répondre à la question posée.
Voici ce que j'ai fait :
Q=m(eau)×c(eau)×(Tf-T0)
Q=0,02×4,18×(7-0)
Q=0,6 J
Q2=0,6+6680= 6680,6 J
Q1=Q2
D'où: m1×c×(T1-Tf) = 6680,6
Donc 0,01×4,18×(T1-7) = 6680,6
Donc T1 = 159829,622°C
La réponse me paraît impossible. J'ai surement du me tromper mais je ne sais pas ou.
Voici ce que j'ai fait :
Q=m(eau)×c(eau)×(Tf-T0) Oui !
Q=0,02×4,18×(7-0) Non : Problème d'unité sur le 4,18 ( voir énoncé)
Q=0,6 J
Q2=0,6+6680= 6680,6 J
Q1=Q2 Oui !
D'où: m1×c×(T1-Tf) = 6680,6 Non (*)
Donc 0,01×4,18×(T1-7) = 6680,6 Problèmes d'unité ! sur le 0,01 et sur le 4,18
Donc T1 = 159829,622°C
La réponse me paraît impossible. J'ai surement du me tromper mais je ne sais pas ou.
C'est déjà bien de se rendre compte que le résultat est impossible. Tu as plusieurs problèmes avec les unités et tu as oublié le rôle du calorimètre.
Ceci dit tu es sur la bonne voie !
(*) Ce que tu as écrit est juste, mais c'est incomplet car tu fais comme si l'eau contenue dans le calorimètre était la seule à se refroidir, mais le calorimètre lui même se refroidit : Chaque fois que sa température descend de 1°C il cède 140 J (voir énoncé) et ici sa température descend ( tout comme les 100g d'eau ) de (T1 - 7)°C
J'ai recommençais le calcul. J'aimerais savoir si je suis encore dans la bonne voie ou je me suis trompée, avant de continuer.
Q= 0,02×4180×(7-0)
Q= 585,2 J
Q1=Q2
D'où: m1×c×(T1-Tf)=585,2 (T1-7)
q= 0,02×4180×(7-0)
q= 585,2 J
585,2J est exact
q est est la quantité de chaleur nécessaire à l'eau de fusion de la glace pour arriver à la température de 7°C
q est une partie de Q2, mais ce n'est pas Q2 tout entier.
Relire mes précédentes explications à ce sujet.
Comme tu as tendance à mélanger les diverses parties, je vais attendre que tu obtiennes la bonne valeur (numérique) de Q2 pour continuer cet exercice.
Q2 = 7265,2 J est correct.
Le reste : non
Pourquoi ?
Parce que, bien que je te l'ai déjà indiqué, tu ne tiens pas compte dans le calcul de Q1 du rôle du calorimètre.
Voir à ce sujet mon post du 22-03-18 à 18:42 :
Il n'y a pas que l'eau qui passe de T1°C à 7°C
Le calorimètre (qui contient cette eau) passe aussi de T1°C à 7°C et il faut en tenir compte pour le calcul de Q1
Si la température descend de 1°C il cède 140 J. Alors le calorimètre cède 980 J.
Je rajoute donc 980 J a Q1.
C'est bien ça ?
Si sa température descendait de 1°C alors le calorimètre cèderait 140 J ( voir énoncé je ne sais pas d'où vient ton 980 J )
Mais attention : La température du calorimètre ne descend pas de 1°C , elle descend de (T1-7)°C donc il cède ............. J qu'il faudra en effet ajouter à la chaleur cédée par l'eau pour obtenir Q1
Je viens de comprendre ton 980 J
Tu as fait comme si la température du calorimètre baissait de 7°C
Il n'en est rien.
Sa température passe de T1 à 7°C donc elle baisse de (T1 - 7) °C
Exactement comme pour l'eau qu'i contient.
Il n'est pas question de multiplier entre elles les chaleurs cédées par l'eau et par le calorimètre mais de les additionner pour obtenir Q1
Chaleur cédée par l'eau : 0,1 * 4180 * (T1 - 7)
Chaleur cédée par le calorimètre : 140 * (T1-7)
Alors Q1 = ?
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