Quelle quantité d'énergie est nécessaire pour faire fondre un bloc d'aluminium?

[Youri Gagarine]

Bonjour,

Savez vous comment on calcule l'énergie nécessaire pour chauffer 1 kg d'aluminium de la température ambiante jusqu'à le faire fondre, soit environ 700°.

Merci pour votre aide.
Youri
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[Deedee81]

Bonjour,

Savez vous comment on calcule l'énergie nécessaire pour chauffer 1 kg d'aluminium de la température ambiante jusqu'à le faire fondre, soit environ 700°.

Ce n'est qu'une valeur approchée (car la chaleur massique doit varier avec la température), mais tu peux prendre la valeur indiquée ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Aluminium (chaleur massique)
Et tu multiplies par le delta de température. Si tu inclus la fusion, il faut aussi ajouter l'énergie de fusion (également indiquée).

[Resartus]

Bonjour,
C'est le même principe que pour le Fer, où vous avez déjà eu des réponses.
C'est la somme de deux termes :
1) il faut porter le métal à sa température de fusion. L'énergie nécessaire our de petites variations de température est égale au produit de la capacité thermique (qui s'exprime en Joules/°C/kg) par la variation de température par la masse. Pour de grandes variations, c'est un peu plus compliqué car la capacité thermique varie avec la température. Mais si on n'a pas besoin de trop de précision, on peut simplement prendre une valeur moyenne et multiplier par l'écart total de température.
Les valeur de capacité calorifique des éléments les plus courants se trouvent ici par exemple :https://fr.wikipedia.org/wiki/Capacit%C3%A9_thermique

2) une fois à cette température, il faut le faire fondre. L'énergie nécessaire est le produit de l'enthalpie de fusion (exprimée en Joules par kg)par la masse

L'enthalpie de changement d'état (ici la fusion) est donnée par des tables : voir par exemple ceci :
http://periodictable.com/Properties/...onHeat.an.html

Attention cependant dans les calculs, car la température de fusion d'un alliage d'aluminium peut être sensiblement différente de celle du métal pur

[Youri Gagarine]

Merci Resartus.
Donc j'ai fait ce calcul:
Masse aluminium: 1kg
Capacité thermique aluminium: 897°
Température fusion: 700°
Température initiale: 20°

E=1 . 897 * (697-20)= 607 000 joules.

Est ce juste?
Merci

[A voir en vidéo sur Futura]

[Resartus]

Bonjour,

Oui, mais vous n'avez calculé que la première partie : porter le bloc d'aluminium à 700°C, mais toujours solide.

Il faut maintenant rajouter l'énergie nécessaire pour le faire fondre :
Le wikipedia donne une valeur (baptisée énergie de fusion) de 10,79 kJ/mole, qu'il faut convertir sachant que l'aluminium a une masse molaire
de 27 g environ : cela donne environ 400kJ ou 0,4 MJ/kg

Total des deux 0,600+0,400 soit 1 MJ/kg pour passer du solide à 20°C au liquide à 700°C

[Youri Gagarine]

Bonjour,

Oui, mais vous n'avez calculé que la première partie : porter le bloc d'aluminium à 700°C, mais toujours solide.

Il faut maintenant rajouter l'énergie nécessaire pour le faire fondre :
Le wikipedia donne une valeur (baptisée énergie de fusion) de 10,79 kJ/mole, qu'il faut convertir sachant que l'aluminium a une masse molaire
de 27 g environ : cela donne environ 400kJ ou 0,4 MJ/kg

Total des deux 0,600+0,400 soit 1 MJ/kg pour passer du solide à 20°C au liquide à 700°C

Merci pour le calcul, mais 1 MJ, cela ne fait que 277 Wh!
CEla me semble bien peu pour faire fondre 1kg d'aluminium!

[mach3]

Je trouve 2778Wh. Un four de cuisine consommant environ 2500W, il mettrait plus d'une heure à fondre le kg d'alu (en supposant qu'il soit parfaitement isolé thermiquement, qu'on puisse le regler sur thermostat 30 et qu'il supporte une température de 700°C et aussi en negligeant la capacité thermique du four lui-même), c'est quand même considérable...

m@ch3

[Youri Gagarine]

Je trouve 2778Wh. Un four de cuisine consommant environ 2500W, il mettrait plus d'une heure à fondre le kg d'alu (en supposant qu'il soit parfaitement isolé thermiquement, qu'on puisse le regler sur thermostat 30 et qu'il supporte une température de 700°C et aussi en negligeant la capacité thermique du four lui-même), c'est quand même considérable...

m@ch3

Il y en a un parmi nous deux qui se trompe dans les unités!
Il me semble que 1 joule fait 2,778E-7 kWh
Donc 1MJ fait ....278 Wh!
Non?

[mach3]

Exact, j'ai mal tapé sur ma calculette (j'ai tapé 10e6 au lieu de 1e6...).

m@ch3

[Youri Gagarine]

Exact, j'ai mal tapé sur ma calculette (j'ai tapé 10e6 au lieu de 1e6...).

m@ch3

Merci.
Donc je repose ma question: comment est ce qu'on n'arrive à faire fondre un bloc d'aluminium avec 278 Wh?
Cela me semble bien peu!

[Resartus]

Bonjour,
Ce qui, dans la vie courante, peut faire croire qu'il faut beaucoup plus, c'est que, très rapidement, un corps chauffé à haute température se met à perdre beaucoup d'énergie par rayonnnement et que le système de chauffage doit fournir cette énergie supplémentaire
La loi de stephan donne la puissance totale dissipée par rayonnement pour un corps noir : W=sigma.T^4*S, avec sigma= 5,7 10^-8 W/m²/K^4
et S la surface d'émission
Pour une sphère d'environ 9 cm de diamètre (1 kg d'aluminium) à 700°C soit 973 Kelvin cela donne 1,2 kW .
Ce sera un peu moins pour un métal comme l'aluminium, dont l'émissivité est plus faible, mais cela reste du même ordre de grandeur.

Il faut également rajouter à cela les pertes par convection ou par conduction qui peuvent être importantes

Pour limiter ces perte et réduire au minimum la quantité d'énergie nécessaire à la fusion, il faut donc chauffer très vite (plusieurs kw), sinon, on gaspille toute son énergie à simplement maintenir la température...

[Youri Gagarine]

Il faut également rajouter à cela les pertes par convection ou par conduction qui peuvent être importantes

Pour limiter ces perte et réduire au minimum la quantité d'énergie nécessaire à la fusion, il faut donc chauffer très vite (plusieurs kw), sinon, on gaspille toute son énergie à simplement maintenir la température...

ah, merci.
SI j'ai bien compris, cela signifie que je ne dois pas calculer seulement les 278 Wh pour faire fondre l'aluminium, mais aussi les pertes inévitables par convection et radiation du bloc lui même. Ainsi que les pertes provenant de l'isolation du four lui même

[coussin]

Et puis les pertes électriques de votre four : il faudra bien plus que 278 Wh de puissance électrique.

[Deedee81]

Salut,

D'une manière générale, c'est vrai de tout processus de chauffage. Il y a toujours des pertes importantes. Elles sont de plus difficiles à calculer.
Les mesures calorimétriques sont d'ailleurs notoirement difficiles (utilisation d"une "bombe", cavité bien isolée thermiquement), en particulier si on parle de faire fondre un métal.

Il est souvent plus simple (pour un besoin pratique) de mesurer la quantité de chaleur fournie dans une situation identique ou proche de la situation pour laquelle on a besoin de ce chiffre.

[evrardo]

Bonjour, sujet un peu ancien! Désolé.
Donc maintenant si on veut sublimer 1kg de fer: enthalpie molaire de fusion du fer: 340 kj/mole
Masse molaire du fer: 55,85 g/mole.
Soit 17,9 moles de fer/kg
Il faudrait donc fournir 6088 Kj pour sublimer 1kg de fer. Soit 1,7 Kwh.

C'est ça?
Merci pour votre correction!

[gts2]

Bonjour,

Vous parlez de sublimer (donc vapeur), il faut donc ajouter à l'énergie de fusion (donc liquide) l'énergie de vaporisation.

[Youri Gagarine]

Bonjour,

Vous parlez de sublimer (donc vapeur), il faut donc ajouter à l'énergie de fusion (donc liquide) l'énergie de vaporisation.

Merci!
Masse fer: 1 000g
Masse molaire fer: 56 g.mole^-1
Energie de fusion 14mole^-1
Energie pour la fusion de 1 kg de fer: 247 kj
Energie sublimation fer 340 Kj/mole^-1
Energie nécessaire pour sublimer 1 kg de fer: 6 088 Kj
Energie totale nécessaire pour sublimer 1 kg de fer: 6 335 Kj
3600j = 1 Wh.
Il faut fournir une énergie de 1760 wh pour faire fondre 1 kg de fer.
Donc environ 1,7 kw en 1 heure. Ou 0,5wh en 1 seconde.

Est ce que je suis juste?
Merci.

[Youri Gagarine]

Personne ne veut me corriger?
ça me semble peu 1700 wh pour sublimer 1kg de fer