Thermodynamique

Peut-on mélanger l'huile et l'eau ? Posez vos questions de chimie ici
Anonyme

Thermodynamique

par Anonyme » 25 Oct 2005, 08:59

Bonsoir, je commence tout juste la thermodynamique, et je souhaitais m'entraîner sur des exercices. J'en ai trouvé un, mais j'avoue rester assez perplexe dessus... pouvez-vous m'apporter de l'aider? Merci d'avance.

Vous prélevez directement au robinet d'eau dans une casserole (prise sur une étagère de la cuisine) que vous mettez à chauffer sur un brûleur à gaz. Vous quittez momentanément la pièce mais votre absence ayant duré plus longtemps que prévu, au retour, l'eau bout depuis un certain temps et il ne reste plus que dans la casserole. Comme il vous faut absolument un demi-litre d'eau à ° vous complétez le niveau...

i. Vous aviez le choix entre deux casseroles de tailles rigoureusement identiques, l'une en inox, l'autre en aluminium. Laquelle avez-vous utilisée dans un souci d'économie d'énergie?

ii. Evaluez la quantité de chaleur qui a été transférée au système entre le moment où vous avez allumé le brûleur et le moment où le chauffage a été interrompu. Formulez les approximations nécessaires à cette évaluation.

iii. Du travail a-t-il été échangé? Si oui quelle quantité?

iv. Faut-il à nouveau chauffer l'eau après que le niveau ait été complété?


Données:
La température de la cuisine est de ° et la pression est de .
La température de l'eau en sortie du robinet est de °.

Volume de métal dans une casserole (à ):





°

°





°

°

---------------------------------------------------------------------------------------------

Cela est quelque peu contraire à la charte du site étant donné que je ne précise pas où sont mes difficultés et que j'écris le problème entier... c'est parce que je souhaiterais une aide ou des méthodes pour commencer, pour chaque question, si vous le pouvez bien entendu. Je vous remercie d'avance.

P.S: Dans l'une des données ci-dessus, il est écrit: Volume de métal dans une casserole (à ): . Pourquoi la température est-elle précisée? A ce que je sache, le volume d'un objet ne change pas en fonction de la température ambiante .. si?



Alpha
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par Alpha » 25 Oct 2005, 14:12

Salut, Max!

J'ai aussi fait de la thermodynamique, mais nous n'avons pas du voir tout à fait les mêmes choses, car je ne sais pas vraiment répondre à tes questions...

Cependant, il me semble que les données que tu as te permettent, avec certaines formules, de déterminer lequel des 2 matériaux est le plus isolant. Ce qui me laisse perplexe, c'est que, d'une part, l'échange de chaleur entre la flamme et l'eau de la casserole doit se faire le mieux possible, donc le fond de la casserole doit être le moins isolant possible. En revanche, il faut qu'il y ait échange du moins de chaleur possible entre la casserole et l'air ambiant. L'idéal serait donc peut-être de faire une casserole dont le fond serait très conducteur, et dont les contours seraient très isolants.

Cependant, l'échange de chaleur est déjà assuré par le fait que l'eau soit en contact avec l'air, donc il semble vain de chercher à empecher cet échange. Je dirais donc qu'il faut choisir le matériau le plus conducteur.

La question 2 me fait penser à ce que je faisais en 1ère, je suis à peu près sûr que l'on avait vu cela, et je me souviens qu'il existe une formule donnant la quantité de chaleur fournie au système en fonction de la quantité d'eau évaporée. Les données sur l'eau sont là à cet effet. Si je me souviens bien, il faut d'abord ( 1ère étape )fournir une énergie au système qui va amener l'eau à la bonne température, à la température à laquelle elle va pouvoir s'évaporer, c'est à dire . La donné à utiliser est ici Ca tombe bien, c'est une quantité molaire, et par Kelvin, donnée, comme par hasard, à , donc il te suffit de calculer à combien de moles d'eau correspondent d'eau, et de combien de degrés tu as du élever la température pour arriver à . Ensuite ( 2ème étape ) une fois que tu es à , tu dois évaporer d'eau, et là, la donnée du te permet de savoir la quantité de chaleur à fournir pour vaporiser une mole d'eau se trouvant à .

Tu vois, je ne savais plus exactement à quoi correspondait chaque symbole, mais ce sont les unités qui m'ont permis de le retrouver. C'est un truc à retenir!

Je dirais donc que la quantité de chaleur à fournir est (mais c'est à vérifier).

Je pense que l'approximation qui était à faire était qu'il n'y avait pas d'échange d'énergie entre l'eau de la pièce et l'atmosphère.

Pour les autres questions, je n'ai pas d'idée.

Cependant, je peux te dire qu'il est normal qu'on précise le volume d'un métal à une certaine température. En effet, à ma connaissance, tous les corps sont susceptibles de se dilater, même les métaux.

En espérant t'avoir apporté quelques lumières,

Alpha

PS : n'hésite pas à t'inscrire, ça ne présente aucun inconvénient! :happy3:

Anonyme

par Anonyme » 25 Oct 2005, 21:08

Merci bien de cette réponse fort complète!
En ce qui concerne la première question, je vais calculer les quantités d'énergie dissipées pour chacune des deux matières à considérer...

Moi j'aurais dit, par exemple pour l'inox:



Mais si cela est correct, pourquoi est-il précisé la température de la pièce ainsi que la pression (toutes deux supposées constantes)?

Alpha
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par Alpha » 26 Oct 2005, 15:14

Salut, Max.

Tu demandes pourquoi la température de la pièce est précisée, mais tu verras, dans ma réponse précédente, que lorsque je calcule Q, j'ai besoin de la température de la pièce, 15°C, car initialement, l'eau se trouve à la température de la pièce.

D'ailleurs, il ne faut pas calculer en Celsius, je te le dis car j'ai bien l'impression que tu as calculé en Celsius dans ce que tu viens d'écrire. N'oublie jamais qu'en physique, dans tous les calculs, l'unité de température, c'est le Kelvin! Et d'ailleurs, si tu avais un doute là-dessus, tu pouvais le vérifier en regardant les unités des grandeurs qui t'étaient données.

Comme j'ai essayé de te le montrer dans mon dernier message, observer les unités des constantes qui te sont données permet d'éviter de faire des erreurs, et peut aussi permettre de retrouver une formule, ou du moins de savoir à quoi correspond la constante. Ne l'oublie pas!

Par exemple, dans ma dernière réponse, je savais qu'une des contantes Delta et Cp pour H20 correspondait à la quantité d'énergie à dépenser pour augmenter d'un Kelvin une mole de H20, et que l'autre correspondait à l'énergie à fournir pour vaporiser une mole d'eau se trouvant déjà à 373,15 K. Mais je ne savais laquelle correspondait à quoi. Cependant, une de ces constantes était donnée à 373,15, et donc je pouvais savoir que cette dernière était l'énergie à dépenser pour vaporiser une mole d'eau se trouvant à 373,15 K.

Je pouvais encore vérifier cela en regardant les unités : l'une des constantes était donnée en Joules par mol par Kelvin (c'était donc l'énergie à fournir pour chauffer d'un Kelvin une mole d'eau), l'autre en Joule par mol (énergie à fournir pour vaporiser une mole d'eau, à température fixée (ici, 373,15K).

Cordialement

Alpha

l@nge16
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un peu d'aide....

par l@nge16 » 09 Nov 2005, 17:53

pour la question 4 demande toi si l'eau initialement à 100°C pourra libérer assez d'énergie pour élever la température de l'eau ajoutée
cette énergie: nH2OCpH2O(60)J et abaisse la température de l'eau à 100°C à 80°C (ce qui libère une énergie que tu peux calculer par la même formule). Est-ce suffisant?

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