vS t S t Volume mique débit volu = = = i section S vitesse v volume u

Thème : chimie générale
RECHAUFFEMENT, REFROIDISSEMENT
CHANGEMENTS D'ETAT DE LA MATIERE
I) LES CHANGEMENTS D'ETAT DE LA MATIERE :
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 θ
1
à θ
2
sans changement d'état de la matière est : Q = m c (θ
2
− θ
1
)
Q en Joule ; m en kg ; θ
1
et θ
2
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 : Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
+ ... = 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 :
vS
t
S
t
Volume
miquedébit volu === 
débit en m
3
/s ; t en s ; v vitesse en m/s ; S en m
2
;
en m.
liquide
solide gaz
solidification
condensation
sublimation
fusion
vaporisation
condensation
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
chaleu
r 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 = ± m L
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
section S
vitesse v
volume
Section S

EXERCICES :
1) a) Quelle est la quantité nécessaire de chaleur pour faire passer 250ml d’eau de 20°C à 35°C ?
On donne c
eau
= 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 c
café
=c
lait
=4180 J.kg
-
1
.°C
-1
.(rép: θ
θθ
θ
2
= 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 : L
vap
= 2,26 MJ/kg et c
eau
= 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 : θ
θθ
θ
2
=6,6°C) (L
f
=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 V
0
= 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 10
5
Pa.
constante des gaz parfaits : R = 8,32 J.mol
−1
.°K
−1
. (rép : 2615300 J ; 3,83 g ; 6,5.10
−
−−
−3
m
3
/s)
BTS 98) (découpe de matelas) Calculer la valeur de la force pressante exercée par l'eau à la pression P = 3.10
8
Pa
sur une surface s = 20cm
2
du petit piston. Calculer la surface S du grand piston, la pression p du fluide hydraulique
étant de 100 bars (1bar = 10
5
Pa). Le piston a une course utile de 30cm et une section s = 20cm
2
. 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 mm
2
.
En admettant que la vitesse v du jet est liée au débit Q et à la section σ de l'orifice par la relation
σ
Q
v= ,évaluer la
vitesse v. (rép : 600000N ; S=600cm
2
; 600cm
3
; Q=8cm
3
/s ; v=960km/h)
jet d’eau
petit piston
de section s
grand piston
de section S
aspiration
refoulement
circuit haute
pression
orifice σ
alimentation en eau
clapet anti retour
fluide
hydraulique
100 bars
eau