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problème d'énergie et de chaleur



  1. #1
    voovoo

    problème d'énergie et de chaleur


    ------

    bonjour,

    voila je rencontre un problème en physique. voici l'énoncé de la question:
    "Dans une cascade, de l'eau tombe de 30 mètre de haut. quelle est la différence de température entre l'eau en haut et en bas de la cascade?" A cette question, on me demande de choisir entre 5 réponses:
    a) 51 degré celsius
    b) 8.5 " "
    c) 0.07
    d) -3.2
    e) 1.3

    je remercie déja les personnes qui tenteront d'y répondre et de m'expliquer pourquoi tel ou tel autre choix.
    merci

    -----

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  3. #2
    DaoLoNg WoNg

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    Salut.

    Il n'y a pas besoin de calculer, c'est un problème de réflexion uniquement. Quelle est l'eau à la température la plus élevée, et pourquoi ?

    Bonne continuation.
    Dernière modification par DaoLoNg WoNg ; 04/01/2007 à 14h12.

  4. #3
    Gwyddon

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    Salut,

    Je te donne un raisonnement complètement à la louche (que je te demande de ne pas recopier tel quel mais d'étudier, et il est peut-être voire sans doute incorrect).

    On suppose que la vitesse de chute est constante, on oublie les effets convectifs et on oublie la viscosité de l'eau (beaucoup d'hypothèses tout ça ) . Alors Navier-Stockes se réduit à dP = - r g dz où r est la densité volumique de l'eau, g l'accélération de la pesanteur.

    Je prend comme équation d'état et .

    Je suppose r constant, je réinjecte, je résoud et ça donne

    Je trouve -0.8 °C, ce qui n'est même pas dans les cinq propositions, ce qui signifie que je suis allé trop à la louche

    EDIT : bon au moins ça donne le signe

    EDIT bis : ah j'ai vu que DaoLoNg WoNg a répondu avant moi... Tu confirmes le signe ?
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  5. #4
    DaoLoNg WoNg

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    Il suffisait de voir le problème de signe, et il ne reste qu'une solution. Pas besoin de calculer .
    L'eau a une température plus élevée en bas, donc la différence entre le haut et le bas est négative.

    Mais comprendre le lien entre énergie cinétique, chaleur et température est intéressant.
    Dernière modification par DaoLoNg WoNg ; 04/01/2007 à 14h19.

  6. #5
    Gwyddon

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    Oui bon ça va hein, pas besoin d'insister
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    voovoo

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    ouf ...

    merci : vous me rassurez. en fait j'avais déja pensé que c'était juste le signe qui importait. mais j'étais pas sur car la seule matière que l'on est vue sur le sujet est : E2-E1= Q
    où Q est la chaleur, E2 l'énergie finale du système et E1 l'énergie initiale du système... or avec cette équation, j'arrivais à une réponse de -280.34 : en résumé, c'était louche...

    donc cela veut bien dire que l'eau perd de la chaleur en arrivant en bas de la cascade? c'est cela?

    encore merci pour votre promptitude à me répondre

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  10. #7
    Gwyddon

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    Tu es sûr qu'à la c) ce n'est pas -0.07 °C ? En effet c'est ce que je trouve avec la capacité massique de l'eau (à peu près constante en température) prise égale à 4186 J/kg/K, et
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  11. #8
    philou21

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    L'energie cinétique d'un Kg d'eau est de Ec=mgh, soit 300 joules
    1 cal =4.18 J donc 72 cal
    toute l'énergie est transformée en chaleur. 1 calorie monte la température d'un Kg d'eau de 0.001 deg donc la température monte de 0.072 deg.

  12. #9
    voovoo

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    rebonjour,

    la réponse c est bien 0.07... mais alors la température doit baisser c'est bien ça... il y a forcément libération de chaleur lors de la chute???

    encore merci

    oulà... je comprends rien là...
    Dernière modification par voovoo ; 04/01/2007 à 15h30.

  13. #10
    Gwyddon

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    Citation Envoyé par philou21 Voir le message
    L'energie cinétique d'un Kg d'eau est de Ec=mgh, soit 300 joules
    1 cal =4.18 J donc 72 cal
    toute l'énergie est transformée en chaleur. 1 calorie monte la température d'un Kg d'eau de 0.001 deg donc la température monte de 0.072 deg.
    Non elle devrait descendre, puisque il y a diminution d'énergie cinétique. En plus ce que tu donnes n'est pas l'expression de l'énergie cinétique.

    EDIT : j'ai dit des bêtises, en fait non elle doit bien augmenter pour compenser justement cette perte d'énergie. Mais dans ce cas je ne comprend pas où est mon erreur dans le premier raisonnement que j'ai donné à la louche.
    Dernière modification par Gwyddon ; 04/01/2007 à 15h32.
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  14. #11
    DaoLoNg WoNg

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    Citation Envoyé par voovoo Voir le message
    ouf ...

    donc cela veut bien dire que l'eau perd de la chaleur en arrivant en bas de la cascade? c'est cela?
    C'est l'inverse. Il faut comprendre ce que signifie le concept de chaleur et son lien avec l'énergie cinétique.

    Ne trouvant pas de bonne définition, j'en tente une. Attention je ne suis pas physcien alors à prendre à la légère .

    La chaleur c'est la somme des énergies cinétiques des molécules du système par rapport au système. Pendant la chute l'énergie cinétique des molécules augmente par rapport à la Terre, mais pas par rapport au système. La quantité de chaleur ne varie pas.
    C'est l'impact qui va obliger le système à évoluer dans un autre sens, et entrainer une variation d'énergie cinétique du système par rapport aux molécules qu'il contient. D'où une variation de chaleur. La chaleur ne serait autre que l'expression de la variation d'énergie cinétique des molécules par rapport au système.

    Je sens que je vais me faire reprendre .

    Bonne continuation.

  15. #12
    voovoo

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    juste... heu... alors la différence: elle est positive ou négative....

    expliquez-moi svp!!!

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  17. #13
    philou21

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    Citation Envoyé par voovoo Voir le message
    juste... heu... alors la différence: elle est positive ou négative....

    expliquez-moi svp!!!
    Citation Envoyé par philou21 Voir le message
    L'energie cinétique d'un Kg d'eau est de Ec=mgh, soit 300 joules
    1 cal =4.18 J donc 72 cal
    toute l'énergie est transformée en chaleur. 1 calorie monte la température d'un Kg d'eau de 0.001 deg donc la température monte de 0.072 deg.
    l'énergie potentielle s'est transformée en énergie cinétique puis en chaleur...
    Les fêtes ont été dures ?

  18. #14
    voovoo

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    un peu oui ^^ et puis la physique c'est vraiment pas mon truc... juste pour résumer: la température de l'eau a augmenté de 0.07 degré en arrivant en bas de la chute. c'est bien ça?

  19. #15
    voovoo

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    ok ok

    c'est bon... j'ai compris ...

    encore merci pour tout

  20. #16
    Gwyddon

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    N'empêche que j'aimerais comprendre l'erreur qui est présente dans mon premier raisonnement. Ok j'y suis allé à la louche, mais quand même...

    EDIT : ahaha, je n'avais pas vu que la différence de hauteur dans mon raisonnement était négative

    Non non les fêtes se sont bien passées pourtant...
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  21. #17
    Gwyddon

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    Sinon dans mon premier message c'est 1/2 et pas 3/2, et enfin j'ai oublié la quantité de matière... Bon avec tous ces arrangements, je retrouve la valeur +0,07, cool
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  22. #18
    chwebij

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    non rien...
    AH NON! au moment où la petite flûte allait répondre aux cordes. Vous êtes ODIEUX!!

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  24. #19
    chwebij

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    Citation Envoyé par Gwyddon Voir le message
    Salut,

    Je te donne un raisonnement complètement à la louche (que je te demande de ne pas recopier tel quel mais d'étudier, et il est peut-être voire sans doute incorrect).

    On suppose que la vitesse de chute est constante, on oublie les effets convectifs et on oublie la viscosité de l'eau (beaucoup d'hypothèses tout ça ) . Alors Navier-Stockes se réduit à dP = - r g dz où r est la densité volumique de l'eau, g l'accélération de la pesanteur.

    Je prend comme équation d'état et .

    Je suppose r constant, je réinjecte, je résoud et ça donne
    bien qu'au final ton résultat soit bon je pense que le raisonnement et donc le calcul est faux

    si on reprend tes hypothes (fluide parfait etc....), on peut utiliser Bernoulli



    or en haut de la chute a une altitude h % a la fin de la chute
    on a v=0
    P=P(h)on peut meme dire P=Po
    et z=h

    on a donc le long de la chute



    le problème avec la simplification de N-S que tu as fait
    dP = - r g dz
    c'est que c'est une formule de statique du fluide
    heureusement elle ne marche que pour les valeurs ou v=0
    c'est a dire en haut et en bas de la chute mais pour le reste de la chute elle est fausse et donc le terme dP ne s'applique pas.

    et pour en remettre une couche, les équations d'état que tu as utilisé sont pour les GP et donc la vitesse de tes formules
    et .
    correspond aux vitesses indiv de chaque particule qui ne sont pas en interaction et de masse nulle.
    or pour le liquide c'est tout le contraire l'interaction elec est non négligeable et soumis a un champ de pesanteur.
    donc entre la vitesse v d'une particule du fluide et v' la vitesse d'une particule "mésoscopique", il n'y aucun lien.
    pour le prouver avec P = r <v^2> on voit que P augmente avec la vitesse alors que pour un fluide c'est le phénomène inverse : cf tube de Bernoulli.

    comme quoi tous ces cours de phys stat ca peut embrouiller pour des problèmes plus terre a terre
    AH NON! au moment où la petite flûte allait répondre aux cordes. Vous êtes ODIEUX!!

  25. #20
    Gwyddon

    Re : problème d'énergie et de chaleur

    J'ai bien dit que mes hypothèses étaient très à la louche hein... Je sais bien que je suis très éloigné de la réalité, relis bien mon premier post
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

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