Bonjour à tous,
Pour une même masse d'eau de par exemple 1 litre mis à 20°C placé dans une enceinte isolée et mise dans un local à 0°C.
Pour la même masse d'eau mais à -20°C dans la même enceinte isolée et placée également à 0°C.
Le temps pour pour les deux masses pour se retrouver à 0°C sera t-il identique ?
Faire tout pour la paix afin que demain soit meilleur pour tous
A priori non, les capacités calorifiques et les coefficients d'échange sont différents.
"La réalité c'est ce qui reste quand on refuse d'y croire" P.K. Dick
Intuitivement, est-ce-que la glace à -20°C passera moins rapidement à 0°C ?Envoyé par FC05
Dit autrement, le litre d'eau à 20°C sera à 0°C en moins de temps.
L'échange thermique se réalise du chaud vers le froid.
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Dans votre exemple, il y a en plus un changement de phase... La situation n'est donc pas du tout "symétrique".
Pour commencer il faut savoir si on compare un bloc de glace qui passe de -20 à 0°C à de l'eau qui passe de 20 à 0°C liquide, ou solide.
Dans tous les cas la glace a un Cp d'environ moité de l'eau liquide, donc elle se réchauffera plus facilement que l'eau ne se refroidira.
Liquide toute les deux
Donc mon intuition n'est pas bonne, la glace sera à 0°C en moins de temps que l'eau passera de 20°C à 0°C ?
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Imaginons un cas plus simple : une piscine à 20°C dans laquelle on immerge deux masses identiques en tout point, l'une à 19°C et l'autre à 21°C.
En première approximation, oui, les deux masses atteindront 20°C en même temps. C'est la simple application de la conservation d'énergie matérialisée par l'équation Q = c.m.(T2-T1) . Si, sur la plage considérée, c (la capacité calorifique de la substance et de l'eau) peuvent être considérées constante, si les deux masses sont négligeable par rapport à la masse de la piscine, si on néglige l'effet relativiste qui fait que la masse chaude est un peu plus lourde que la froide (ordre de grandeur de l'erreur : 10^-17), si , si , si ... oui c'est pareil.
Tout est toujours plus complexe qu'on (que je) ne le pense de prime abord.
Oui, en effet.
Sauf qu'ici Q est différent...
Dernière modification par RomVi ; 22/03/2021 à 19h56.
Ah bon ? Q est différent, ça alors !
Tout est toujours plus complexe qu'on (que je) ne le pense de prime abord.
En fait les masses sont identiques mais pas leur volume, 1 kg pour 1,1 litre de glace et pour l'eau à 1 kg pour 1 litre.
http://phys.free.fr/reponse/reponse3.htm
Le volume d'échange thermique de la glace est de 10% environ plus importante que pour l'eau, mais est-ce pour autant que le temps pour atteindre 0°C sera réduit de 10% pour la glace ?
https://www.futura-sciences.com/scie...-liquide-7327/
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Pour répondre à votre question, vous devez explicitez ce qu'est le "local à 0°C"... Dans un cas, la chaleur va de l'eau au local, dans l'autre cas du local à l'eau. Mais c'est quoi ce "local" pour vous ? Une pièce de, quoi, 4 m³ d'air ?
Dans ce cas, les capacités calorifique de 1 litre d'eau et de 4 m³ d'air sont très différentes... Donc, la situation est loin d'être symétrique.
J'avais un jour fait le calcul et (de mémoire) il faut 1 g d'eau à 68°C pour faire entièrement fondre 1 g de glace à 0°C et de la transformer intégralement en 2 g d'eau liquide à 0°C (1 g de glace fondue + "le" g d'eau à 68°C qui s'est refroidi).
De plus, la capacité calorifique de la glace est environ la moitié de celle de l'eau. Donc le résultat est vraiment très différent. "A la louche", 1 g d'eau qui passe de 17 à 16°C réchauffe 2 g de glace de -17 à -16°C.
Enfin, l'eau connait des modifications de comportement aux alentours de 4°C (avec un pic de densité), ce qui est tout à fait inhabituel dans le cas des liquides. J'imagine que "c" la capacité calorifique doit aussi être impactée. L'effet est petit mais il s'ajoute à tous les autres (ce n'est pas pour rien que j'avais pris de l'eau à 20°C dans l'exemple de la piscine).
Tout est toujours plus complexe qu'on (que je) ne le pense de prime abord.
Q est différent par c est différent, le Cp de la glace est de 2.06, celui de l'eau est de 4.18, donc la quantité de chaleur à transferer pour passer de -20 à 0°C est en gros 2 fois plus faible que pour passer de 20 à 0°C, inutile de chercher plus loin.
Le Cp de l'eau est en effet variable, mais cela est indépendant de la masse volumique. La variation est très faible, comparée à d'autres solvants.
On peut trouver une table ici : https://www.thermexcel.com/french/tables/eau_atm.htm
Ah oui, la chaleur spécifique ou massique très différente.
Donc deux fois plus rapide pour fondre la glace.
Merci RomVi
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Heu non, pour réchauffer la glace. Pour la fondre, c'est encore une tout autre histoire !Ah oui, la chaleur spécifique ou massique très différente.
Donc deux fois plus rapide pour fondre la glace.
Merci RomVi
Tout est toujours plus complexe qu'on (que je) ne le pense de prime abord.
Mais y a aussi Q = h S dT, avec h le coefficient d'échange superficiel, S la surface d'échange et dT la différence de température (qui varie en permanence).
Faut égaler les deux Q, et intégrer le bazar. On trouve une équadif qui donne une exponentielle en résultat.
Et encore, on suppose les températures égales dans tout le volume, ce qui sera moins vrai pour la glace.
Pas si simple au final.
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C'est vrai et le problème des courants de convection dans le liquide se pose également (et dans l'air environnant aussi).
Tout est toujours plus complexe qu'on (que je) ne le pense de prime abord.
Si le conteneur isolant qui contient le bloc de glace et le litre d'eau sont placé dans un frigo maintenu à 0°C constant.
Les échanges thermiques seront-ils linéaires ?
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Linéaires ? Dans quel sens utilisez-vous ce mot, il faudrait préciser (avez-vous voulu dire laminaire par opposition à turbulent) ?
Dans tous les cas, le problème dans un frigo (et il a déjà été mentionné) c'est que le vecteur est l'air qui a une densité de 1 kg/m3. De plus, si un frigo peut refroidir, il ne peut pas réchauffer (ou en s'abstenant de refroidir ce qui est un processus différent).
A la limite si vous voulez vraiment rester à 0°C, imaginez une piscine de white spirit à 0°C.
Tout est toujours plus complexe qu'on (que je) ne le pense de prime abord.
Oui, plutôt laminaire, la température qui varie uniformément dans le temps, x °C / min constant.
Pourquoi du White Spirit qu'a-t-il de différence ou d'avantage comparé avec l'eau pour le transfère d'énergie ?
Dernière modification par trebor ; 23/03/2021 à 11h58.
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Linéaire alors ...
Et non, ce sont des exponentielles.
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Voir ici par exemple : https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de...ment_de_Newton
La version anglaise est plus complète et détaille le "pourquoi" de l'apparition d'exponentielles : https://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_law_of_cooling
Tout est toujours plus complexe qu'on (que je) ne le pense de prime abord.
Merci, effectivement, cette courbe descendante ressemble à la décharge d'un condensateur, bien plus rapide au début qu'à la fin.
Comme vider un tonneau, plus rapide au début qu'à la fin et sans doute bien d'autres choses qui se réduisent ainsi.
Une force plus importante au début afin de rétablir l'équilibre à la fin, ( thermique, tension, pression,......).
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La vidange du tonneau est en "racine" par en exponentielle.
Sinon, on retrouve cette forme d’équation assez souvent, il y a aussi la cinétique des réactions chimiques d'ordre 1, l'évolution de la pression dans un gaz compressible isotherme ...
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La puissance échangée est proportionnelle à la différence de température, donc au fur et a mesure que l'objet devient plus froid la puissance échangée diminue.
En fait pour répondre précisément à a question il faudrait fixer certains paramètres, car un grand nombre d'effets vont avoir une influence.
Quand tu parles de boite isolée tu penses à quoi précisément ?
Deux cubes isolés et hermétiques de dimensions identiques, l'un avec le bloc de glace de 1 kg et l'autre avec 1 litre d'eau (1kg), les 2 cubes placés à une température stable de 0°C et pourquoi pas immergé une piscine, la température de la piscine ne devrait pas varier.
Le cube contenant l'eau aura un peu plus d'air vu que la glace occupe un volume ~1/10 en plus, la chaleur spécifique de l'air étant 4 fois moindre que celle de l'eau, cette couche d'air va isoler un peu plus ce cube contenant l'eau.
Mais j'ai compris que le bloc de glace va fondre plus rapidement pour passer de -20° à 0°C que l'eau pour passer de 20°C à 0°C.
La cause la plus importante étant la chaleur spécifique (massique) différente de l'eau et de la glace (~la moitié).
Pour l'air, est-ce identique pour passer du plus froid au plus chaud ou du plus chaud au plus froid, car pour l'air, la chaleur spécifique change très peu avec la température ?
Sauf sa masse volumique (~1,2 kg/m³) qui varie avec la température ainsi que le taux d'humidité et la pression atmosphérique.
Imaginons un volume d'air identique de 1 litre l'un à T° de -20°C et dans l'autre cube 1 litre à +20°C, il me semble que l'air chaud va se refroidir plus rapidement pour atteindre 0°C ?
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L'air n'aura pas d’influence perceptible. Certes son Cp est d'environ 4 fois moins de celui de l'eau, mais il est aussi presque 1000 fois moins dense.
Tes 100ml d'air auront le même effet que si tu avais ajouté 0.1 ml d'eau.
Attention aux termes employés : La glace va se réchauffer de -20°C à 0°C, mais elle ne va pas fondre.
Le problème est correctement posé, mais il reste encore un point à fixer pour apporter une réponse : Quelle est la nature des boites, leur matière et épaisseur.
Non, non et non. Le bloc de glace va se réchauffer pour passer de -20°C à 0°C (solide). La fusion au contraire est beaucoup plus longue !!!!
Et heureusement d'ailleurs car sans cela, l'apéro du dimanche midi serait compromis !
Si les glaçons mettent tant de temps à fondre, c'est bien qu'il leur faut un grand apport d'énergie pour opérer cette fusion. Et dit en passant, heureusement qu'ils atteignent très vite 0°C sinon ils colleraient aux lèvres !
Tout est toujours plus complexe qu'on (que je) ne le pense de prime abord.
Pourtant j'ai souvent lu que la température de la glace fondante est de 0°C, elle serait donc de 0,1°C ?
Par exemple un cube de 14,32 cm extérieur afin de recevoir au plus juste le cube de glace (volume intérieur de 1100 cm³), l'isolant en panneau de polystyrène extrudé de 20 mm d'épaisseur.
Comme un mini frigo box portable, peu être isolé en frigolite et entouré de plastique.
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