vS t S t Volume mique débit volu = = = i section S vitesse v volume u
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Thème : chimie générale RECHAUFFEMENT, REFROIDISSEMENT CHANGEMENTS D'ETAT DE LA MATIERE I) LES CHANGEMENTS D'ETAT DE LA MATIERE : liquide vaporisation fusion solidification solide condensation sublimation condensation gaz Pendant un changement d'état d'un corps pur, la température est constante mais de la chaleur est libérée ou absorbée par ce corps : on appelle la chaleur latente L la quantité de chaleur nécessaire pour changer d'état une masse unitaire du corps. Pour une masse m du corps, la quantité de chaleur est : Q=±mL Q en Joule ; m en kg ; L en J/kg. (1calorie = 4,18Joules) "+" si on a fusion, vaporisation ou sublimation "−" si on a condensation ou solidification ex : chaleur latente de vaporisation de l'eau : L = 2250kJ/kg REMARQUE SUR L'EVAPORATION : VAPEUR SATURANTE : Un corps peut passer de l'état liquide à l'état gazeux par évaporation. Un corps reste liquide si la pression exercée sur lui est suffisante, mais si l'on remplit à moitié un récipient dans lequel on fait le vide (il n'y a plus de pression de l'air), une partie du liquide se vaporise instantanément. Cette vaporisation s'arrêtera cependant à un certain moment dit point de saturation (ou point de vapeur saturante). A ce point, la pression exercée sur le liquide est trop forte pour que l'évaporation continue. HYGROMETRE : appareil mesurant l'humidité de l'air. Il utilise la propriété qu'ont les fibres organiques de s'allonger quand elles deviennent humides. Ces fibres sont reliées à un cadre calibré de façon à fournir une lecture en pourcentage d'humidité relative. II) QUANTITE DE CHALEUR lors de variation de température SANS changement d'état de la matière : La quantité de chaleur absorbée ou libérée par un corps de masse m pendant une variation de température de θ1 à θ2 sans changement d'état de la matière est : Q = m c (θ2 − θ1) Q en Joule ; m en kg ; θ1 et θ2 en °C ; c : chaleur massique en J.kg−1.°C−1. (ex : pour l'eau : c = 4180 J.kg−1.°C−1) III) CONSERVATION DE L'ENERGIE : Soit un système isolé composé de différents corps. S'il y a échange de chaleur entre les différents corps, alors la somme des quantités de chaleur échangées est nulle : Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + ... = 0 IV) DEBIT VOLUMIQUE : Soit une section S d'une tuyauterie dans laquelle circule un fluide à la vitesse v. Le débit volumique est égal au volume de fluide qui a traversé la section S par unité de temps t : débit volumique= Volume = S = S v t t débit en m3/s ; t en s ; v vitesse en m/s ; S en m2 ; en m. Section S section S volume vitesse v EXERCICES : 1) a) Quelle est la quantité nécessaire de chaleur pour faire passer 250ml d’eau de 20°C à 35°C ? On donne ceau = 4180 J.kg-1.°C-1 et 1 litre = 1kg. (réponse : Q = 15675 J) b) Combien de chaleur l’eau perd-elle en se refroidissant jusqu’à 20°C ? (réponse : Q’ = - 15675 J) 2) Une bouteille thermos contient 250g de café à 90°C. On y ajoute 20g de lait à 5°C. Une fois l’équilibre établi, quelle est la température du liquide ? On suppose qu’il n’y a aucune perte de chaleur et que ccafé=clait=4180 J.kg1 .°C-1.(rép: θ2 = 83,7°C) 3) Quelle est la quantité de chaleur nécessaire pour que 20g d’eau liquide à 20°C se vaporisent entièrement à 100°C ? On donne : Lvap = 2,26 MJ/kg et ceau = 4180 J.kg-1.°C-1. (réponse : Q = 51888J) 4) On mélange 150g de glace à 0°C et 300g d’eau à 50°C. Calculer la température finale. (réponse : θ2 =6,6°C) (Lf =335kJ/kg) BTS 94) Une chaudière électrique est prévue pour fournir de la vapeur sous une pression voisine de la pression atmosphérique normale. Elle est essentiellement constituée d'une cuve contenant un volume V0 = 2 litres constant d'eau liquide (une pompe injecte de l'eau s'il en manque), et d'un système d'extraction de la vapeur dont on négligera le volume. 1) Le matin, la mise en service exige que l'eau de la cuve atteigne une température de 100°C alors qu'elle refroidit dans la nuit à une valeur de 15°C. La puissance électrique de la résistance chauffante est de 10kW. Evaluer le temps pour réchauffer l'eau de 15°C à 100°C. (rép : 71 s) 2) L'eau sortant à l'état de vapeur a été introduite à 15°C dans la cuve, donc réchauffée de 15°C à 100°C avant d'être vaporisée. Calculer l'énergie nécessaire pour réchauffer 1kg d'eau arrivant dans la chaudière et la vaporiser. Calculer la masse de vapeur d'eau obtenue en une seconde, la puissance de la chaudière étant de 10kW. En déduire le débit volumique de vapeur obtenue. On considère la vapeur d'eau comme un gaz parfait à la température de 100°C et à la pression 105Pa. constante des gaz parfaits : R = 8,32 J.mol−1.°K−1. (rép : 2615300 J ; 3,83 g ; 6,5.10−3 m3/s) BTS 98) (découpe de matelas) Calculer la valeur de la force pressante exercée par l'eau à la pression P = 3.108 Pa sur une surface s = 20cm2 du petit piston. Calculer la surface S du grand piston, la pression p du fluide hydraulique étant de 100 bars (1bar = 105 Pa). Le piston a une course utile de 30cm et une section s = 20cm2. Quel est le volume éjecté par le jet d'eau pendant l'avance du piston ? La vitesse du piston est constante et la course de 30cm est faite sur une durée de 75 secondes. Quel est le débit d'eau du jet ? La section de l'orifice est de σ = 0,03 mm2. En admettant que la vitesse v du jet est liée au débit Q et à la section σ de l'orifice par la relation v= vitesse v. (rép : 600000N ; S=600cm2 ; 600cm3 ; Q=8cm3/s ; v=960km/h) fluide hydraulique 100 bars alimentation en eau refoulement clapet anti retour aspiration circuit haute pression eau grand piston de section S petit piston de section s orifice σ jet d’eau Q σ ,évaluer la
