Thermodynamique

[BaleineDesSables]

Bonjour tout le monde,

J'ai un soucis de compréhension dans un exercice de thermodynamique, le voici :

Dans un calorimètre se trouvent 2,700 L d'eau et 90 g de glace, en équilibre à 0 °C. On y laisse tomber un bloc de plomb de 500 g porté préalablement à 100°C. Vers quel état d'équilibre final le système évolue-t-il ? Calculez la température finale.

Pour la température finale aucun soucis, je fais le bilan et je l'obtiens facilement, mais pour définir l'état final... Je ne vois pas comment trouver s'il reste x quantité de glace, d'eau,...

Un grand merci d'avance !
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[mach3]

détaillez un peu la façon dont vous procédez, on pourra voir où cela pêche. Je suppose que vous disposez des capacités calorifiques de tous les protagonistes (eau, glace, plomb, calorimètre) ainsi que de la chaleur latente de fusion de la glace, si c'est le cas l'exercice est soluble et c'est donc un problème à un moment donné dans votre démarche.

m@ch3

[BaleineDesSables]

Merci beaucoup pour votre réponse rapide !
Effectivement je les ai toutes exceptée celle du calorimètre, et voici ma résolution analytique :
Soit
Q1 : réchauffement de la glace
Q2 : réchauffement de l'eau
Q3 : Fonte de la glace
Q4 : Refroidissement du bloc de Plomb
<=> Q1 +Q2 + Q3 = -Q4
<=> nC(Tf - 273,15) + nC(Tf-273,15) + n∆H_fusion = - nC(373,15-Tf)
<=> Tf = 0°C
Mais après...

[mach3]

Q1 : réchauffement de la glace
Q2 : réchauffement de l'eau
Q3 : Fonte de la glace
Q4 : Refroidissement du bloc de Plomb
<=> Q1 +Q2 + Q3 = -Q4
<=> nC(Tf - 273,15) + nC(Tf-273,15) + n∆H_fusion = - nC(373,15-Tf)

pourquoi considérez vous le réchauffement de la glace? peut-on avoir de la glace à plus de 0°C sous pression ambiante?

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[BaleineDesSables]

Sous l'action du plomb le glace se réchauffe et puisque dans l'énoncé on me dit qu'elle est initialement sous forme de glace à 0°C je considère son réchauffement séparément puisqu'on m'en donne une masse distincte, même si je suis conscient qu'elle fusionne assez vite, enfin je me trompe sûrement ..

[jeanne08]

On a deux possibilités pour l'état final :
1) la glace a complètement fondu et l'eau est à Tf >0°C .
2) la glace n'a pas complètement fondu et on a alors de l'eau et un reste de glace le tout à 0°C

Tu te places dans l'hypothèse 1) par exemple et tu fais le bilan de tes quantités de chaleur et si tu trouves une température Tf >0C alors tu as terminé ...sinon tu as dans le cas n°2 et tu fais là encore un bilan de quantités de chaleur ...

dans tous les cas il n'y a aucun réchauffements de glace mais il peut y avoir réchauffement de l'eau issue de la fusion de la glace de 0°C à Tf

[mach3]

ok, alors il faut reprendre depuis le début.

Votre bloc de plomb refroidit et transmet sa chaleur au mélange glace/eau, que va-t-il se passer en premier sachant qu'un mélange eau-glace n'existe qu'à 0°C (à pression ambiante et à l'équilibre, plus froid vous n'avez que de la glace, plus chaud vous n'avez que de l'eau) et que la fonte de la glace consomme de la chaleur.

m@ch3

[BaleineDesSables]

Grâce à vos deux explications je visualise beaucoup mieux la situation ! Il fallait que je comprenne que la situation en 0°C correspond à un équilibre, je vois beaucoup mieux et comprend mon erreur d'avoir considéré un réchauffement de la glace, un très grand merci à vous deux !!