Energie Thermique

[Kiweed]

Bonjour,

j'ai bientôt un devoir sur l'énergie thermique et j'ai reçu quelques exercices pour m'entraîner ;
voici l'un des exercices que j'ai :

on souhaite transformer un bloc de glace en vapeur d'eau à 110°C. la température initiale du bloc est de -18°C. sa masse m est de 3kg.
Calculer la quantité de chaleur nécessaire à cette opération ?
On donne :
capacité thermique massique de la glace : c = 2,06.10^3 J.kg-1.K-1
chaleur latente de fusion de la glace : 333.10^3 J.kg-1.
Capacité thermique massique de l'eau : c = 4180 J.kg-1.K-1
chaleur latente de vaporisation de l'eau : 2258.10^3 J.kg-1.
capacité thermique massique de la vapeur d'eau : c = 1410 J.kg-1.K-1

J'ai trouvé une formule :
Q = m. c (θf-θi) = m. c. ∆θ

Q s'exprime en joules, si m est en kg, ∆θ en °C et c, capacité thermqiue massique du corps en J.kg-1. °C-1.

Du coup, j'essaye de faire le calcul : Q = m. c (θf-θi) = m. c. ∆θ
Q = 3 x 4180 x (110 - -18 ) = 1 605 120 Joules

Ai-je bien calculé ? Je pense pas que ce soit le cas vu les données inscrites sur le papier, ça m'étonnerait qu'elles soient là par hasard ^^

Merci pour votre aide et désolé si c'est le topic n'est pas dans la bonne rubrique =/

PS : Je tiens à vous remercier de m'avoir aidé l'année passée notamment sur le thème du potentiel hydrogène désormais je me débrouille très bien grâce à vos explications

Bonne fin de matinée
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[sitalgo]

B'jour,

Non, tu appliques la même valeur de chaleur massique à l'eau pour les trois états et sans tenir compte des chaleurs latentes au changements d'état.
Il faut faire la somme de 5 calculs.

[Damsaon]

Salut!
Un conseil : décompose ton processus en plusieurs étapes :

Bloc de glace à -18 -> Bloc de glace à 0 -> Eau à 0 -> Eau à 100 -> Vapeur à 100 -> Vapeur à 118

[Kiweed]

Merci pour vos réponses, je crois avoir compris déjà un point ! (lol)

Reprenons :
Q = m. c (θf-θi) = m. c. ∆θ

c = 2,06.10^3 + 4180 + 1410 = 7650 J.kg-1.K-1
donc Q = m. c (θf-θi) = m. c. ∆θ
Q = 3 x 7650 x (110 - -18 ) = 2 111 400 Joules

Il manque deux données que je n'ai pas inclu dans le calcul (chaleur latente de vaporisation ; chaleur latente de fusion de la glace) ; je ne sais pas trop où les introduire dans le calcul

merci déjà pour votre aide

[A voir en vidéo sur Futura]

[Damsaon]

Non, il ne faut pas faire comme ça : essaye d'avoir un raisonnement plus "physique"

L'idée de décomposer en plusieurs étapes permet de décomposer ton énergie totale en plusieurs énergies :
Quelle énergie est nécessaire pour passer de la vapeur d'eau de -18 à 0 ?
Quelle énergie est nécessaire pour passer de la vapeur d'eau à 0 à de l'eau à 0 ?
...
...

[Kiweed]

Hmmm pas évident
En clair il faut que je décompose en plusieurs calculs
Q = m. c (θf-θi) = m. c. ∆θ
3 x 1410 (-18 - 0 ) => là j'essayais de calculer l'énergie nécessaire pour passer de la vapeur d'eau de -18 à 0
En fait il faut que je décompose de cette façon ?

[Damsaon]

C'est ça. Tu auras Q = Q1+Q2+Q3+ Q4+ Q5

Ce que tu as exprimé, c'est Q1

Maintenant il faut exprimer Q2 : passage de l'état solide à liquide, puis Q3 ...

Pour ça, il faut utiliser les chaleurs latentes, qui correspondent à l'énergie nécessaire pour passer d'un état à l'autre (tu dois avoir ça dans ton cours )

[albanxiii]

Bonjour,

Kiweed, il faut vous renseigner sur les changements d'état et leur thermodynamique.

Si je vous dit que si on a un bloc de glace à 0 °C et qu'on lui fourni de la chaleur, alors sa température, ainsi que celle de l'eau qui apparaît grâce au chauffage, resteront à 0 °C tant qu'il restera de la glace, cela vous dit quelque chose ?

@+

[Kiweed]

Merci Damsaon,

Bonjour Albanxiii, en fait je fais des cours par correspondance et seulement 3 pages sont consacrées à l'énergie thermique donc pas évident de se débrouiller lorsqu'il n'est même pas traité de "changement d'état" dans ce chapitre ^^"

Donc pour Q2 : solide à liquide => fusion
données chaleur latente de fusion de la glace : 333.10^3)
donc Q2= m. c (θf-θi) = m. c. ∆θ*
3 x 3 x 2,06.10^3 (333.10^3) (je sais pas trop si c'est ici que doit se trouver le 333.10^3)

une fois que Q2 est trouvé et donc que la glace est devenue de l'eau, il faut que l'eau passe de 0 à 110°C j'imagine pour ensuite que la vapeur passe de 0 à 110°C

corrigez-moi si je me trompe dans ma décomposition ^^"

[Damsaon]

Non, c'est pas ça pour Q2 : tu passes de glace à 0°C à de l'eau à 0°C, ce changement ne s'accompagne d'aucune variation de température.

En fait, l'énergie nécessaire à un changement d'état est égale à la masse x la chaleur latente massique

[Kiweed]

Merde en plus j'me suis raté dans le report de mes écritures avec un copié collé raté de ce que j'voulais dire lol
okay donc en fait,
Q2=
3 x 333.10^3 Tout simplement ?

EDIT : NON c'est pas ça, j'ai oublié la capacité thermique massique de la glace!

Désolé de te causer du fil à retordre Damsaon lol, je ne suis pas une bête d'intelligence à mon grand désespoir !

[Kiweed]

Désolé pour le double post mais je pense avoir tout compris !

Q1 = 3 x 1410 (-18 - 0 ) = -76140 Joules

Q2 = 3 x 333.10^3 = 999 000 joules

Q3 = 3 x 4180 (100 – 0 ) = 1 254 000

Q4 = 3 x 2258,10^3 = 6 774 000

Q5 = 3 x 1410 (110 – 100) = 42 300

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = -76140 + 999 000 + 1 254 000 + 6 774 000 + 42 300 = 8 993 160

[Damsaon]

Presque bon : la formule lorsqu'il y a un changement de température est m x c x (Tf-Ti)

Pour ton Q1, t'as inversé les deux températures : trouver une valeur négative reviendrait à dire qu'il faut prendre de l'énergie au système pour le chauffer. De plus, tu t'es trompé, t'as pris la capacité thermique massique de la vapeur d'eau, alors qu'il s'agit de la glace

Sinon pour le reste à priori c'est bon

[albanxiii]

Re,

Bonjour Albanxiii, en fait je fais des cours par correspondance et seulement 3 pages sont consacrées à l'énergie thermique donc pas évident de se débrouiller lorsqu'il n'est même pas traité de "changement d'état" dans ce chapitre ^^"

Vous ne répondez pas à ma question....
Donc ?

@+