CHIMIE : PROPULSION D’UNE FUSEE PDF Les moteurs-fusées fonctionnent

Les moteurs-fusées fonctionnent selon un principe similaire au turboréacteur. La propulsion est produite par la combustion d'un combustible et d'un comburant, stockés dans les réservoirs embarqués. Les gaz produits par la combustion sont rejetés en arrière, vers le sol.

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CHIMIE: PROPULSION D"UNE FUSEE

Pour faire décoller et déplacer une fusée, on met dans deux réservoirs dudihydrogène et dudioxygène liquides. (ce qui permet d"en stocker une quantité importante). En faisant réagir le dioxygène et le dihydrogène dans le moteur de la fusée, on fabrique une grande quantité devapeur d"eau expulsée à une très grande vitesse.

1-Les réactifs et les produits

a-Écrire la formule chimique des 3 corps cités (en gras) dans le document ci- dessus.

Dihydrogène:H2-Dioxygène: O2-Eau: H2O

b-Préciser quels sont les réactifs et le produit de cette réaction.

Réactifs:dihydrogène et dioxygène

Produit :vapeur d"eau

2-Stockage du dioxygène et du dihydrogène

a- Pour stocker ces 2 gaz, on les comprime afin de les faire passer à l"état liquide. On a représenté ci-dessous les différentes étapes permettant de comprimer le dioxygène. Représente les molécules de dioxygène au cours de l"étape 2.

Collège CHARLET- REMIREMONT

Epreuve commune 2005/2006

SCIENCES PHYSIQUES

Durée: 1 heure

Calculatrice autorisée

CORRECTION /40

Étape 1 Étape 2

26
1,5 (3x0,5) 1,5 (3x0,5) 1 2

c-Comment évolue la pression du dioxygène dans le récipient de l"étape 1 à l"étape 2.

Pourquoi?

La pressionaugmente car les molécules sontplus serrées etappuient davantage sur les parois. d-Le dioxygène utilisé pour remplir ces réservoirs est puisé dans l"air. Rappeler la proportion de dioxygène contenue dans l"air.

L"air contient1/5 de dioxygène ou20 %

L"air contient également un autre gaz enquantité importante. Lequel?L"air contient dudiazote. Sachant qu"il faut 7000 m3 de dioxygène pour remplir le réservoir, calculer le volume d"air nécessaire. Il faut un volume d"air 5 fois plus important car l"air contient 1/5 de dioxygène:

7000 x 5 =35000 m3

3-La réaction

Pour mieux comprendre la réaction qui se produit dans le moteur de la fusée, on réalise celle-ci au laboratoire. Pour cela, on remplit à partir de bouteilles de gaz comprimé un tube à essais avec 1/3 de dioxygène et 2/3 de dihydrogène. a-Schématiser le montage nécessaire pour remplir un tube à essais d"1/3 de dioxygène à partir d"une bouteille de gaz comprimé. Préciser la légende.

b-Décrire le test que tu réaliserais pour vérifier que le tube contient bien du dioxygène.

Il faut plongerune bûchette présentant un point incandescent dans le tube. Si lacombustion est ravivée, il s"agit bien de dioxygène. On présente le mélange des 2 gaz à une flamme, il se produit alors une explosion. Les parois du tube se recouvrent de fines gouttelettes. Au contact de ces gouttelettes, le sulfate de cuivre anhydre devient bleu. c-Compléterle bilan de la réaction: dihydrogène +dioxygèneeau d-Écrire l"équation-bilan équilibréede cette réaction, sachant que2 molécules dedihydrogène réagissent avec1 molécule dedioxygène pour former2 molécules d"eau.

2 H2+O22 H2O

e-Montrer que cette équation-bilan est équilibrée. Atomes d"hydrogène:avant: 2x2 = 4après: 2x2 = 4

Atomes d"oxygène:avant: 2après: 2x1=2

On retrouve autant d"atomes de chaque sorte avant et après la réaction.

Bouteille de

dioxygène comprimé eau cristallisoir

Tube à essais

2 (1+2x0,5) 0,5 0,5 1,5 (3x0,5) 2 -0,5 horizon. -0,5 eau 1 (2x0,5) 1,5 (ou 0) 2 (form+coef) 2 0,5 3 f-Quelle est l"origine de la vapeur d"eau expulsée (de synthèse ou naturelle)?

Pourquoi?

Elle estsynthétique car c"est leproduit d"une réaction chimique. g-La vapeur d"eau expulsée par la fusée est-elle identique à celle présente dans l"air ?

Pourquoi?

Oui car un corps naturel ou de synthèse estformé des mêmes molécules. h-Le décollage de la fusée nécessite la réaction de18 tonnes dedihydrogène avec9 tonnes dedioxygène. Calculer la masse de vapeur d"eau formée.

Justifier les calculs.

Au cours d"une réaction chimique,la masse se conserve: Masse des réactifs consommés = masse des produits formés Donc il se formera 9 + 18 =27 tonnes de vapeur d"eau.

4-Impact sur l"environnement

On dit que les moteurs de la fusée réalisent une combustion "propre» car ils ne rejettent que de la vapeur d"eau dans l"air. En effet, la combustion de l"essence rejette du dioxyde de carbone, principal gaz à effet de serre et du monoxyde de carbone. a-Rappelle la formule chimique du dioxyde et du monoxyde de carbone.

Dioxyde de carbone:CO2Monoxyde de carbone:CO

b-Que se passe-t-il si la quantité de gaz à effet de serre augmentesur Terre ?

Latempérature moyennerisque d"augmenter.

c-Quel est le principal risque du monoxyde de carbonepour l"Homme? C"est un poison quibloque le transport du dioxygène dans l"organisme. d-En utilisant les réponses précédentes, explique pourquoi la réaction intervenant dans les moteurs de la fusée est une combustion "propre». La réaction chimique entre le dihydrogène et le dioxygène est une combustion propre car elle ne produit que de la vapeur d"eau, gaz propre! Malheureusement, cette réaction chimique n"est pas encore adaptée aux voitures, car ellesprésente pour l"instant trop de risques d"explosion.

ELECTRICITE

On réalise le circuit électrique ci-dessous. On précise que les ampèremètres A et A1 sont tous sur lecalibre 200 mA.

1-L"ampèremètre A affiche-52.0.

Compléter: Donc l"intensité I =52 mAL1

BA A A1 1 (0,5x2) 1 1 1,5 (3x0,5) 1 (2x0,5) 1 1 1 14 1 -0,5 si signe- 4

2-Que vaut l"intensitéI1 indiquée parA1? Pourquoi?

Elle vaut également52 mA car dans uncircuit en série, l"intensité du courant est la même en tout point.

3-Sur son culot, la lampeL1comporte les indications suivantes (6 V- 100 mA).

Comment brille cette lampe? Justifier.

Elle brillefaiblement, car elle est traversée parun courant d"intensité inférieure

à son intensité nominale.

II-On ajoute à ce circuit, une lampe L2 identique à L1,en dérivationentre les points A et B.

1-Représente cette lampe sur le schéma page 3.

2- L"ampèremètreA affiche l"indication suivante:I .

Que peut-on prévoir pour l"évolution de l"intensité mesurée? Pourquoi? L"intensité est supérieure à200 mAdonc l"ampèremètre ne peut plus afficher de résultat.Si augmente (1,5) Après une modification du réglage de l"ampèremètre A, celui-ci affiche220 .

2-Calculer la valeur de l"intensitéI2 traversant la lampe L2. Justifier.

(La 1° branche est toujours traversée par la même intensité I1 = 52 mA) C"est un circuit en dérivation donc:I = I1 + I2(0,5)

I2 = I- I1

I2 = 220- 52(1)

I2 = 168 mA(0,5 + 0,5)

3-Que risque-t-il d"arriver à lalampe L2? Pourquoi?

L"intensité du courant qui la traverse est supérieure à son intensité nominale donc elle risque degriller.

4-On retourne la DEL. Quelle sera la valeur de l"intensité indiquée par

l"ampèremètre A? Justifier. La DEL sera alors dans le sens non passant donc I1 = 0. doncI = I1 + I2

I = 0 + 168

I = 168 mA

Ou , la DEL est dans le sens non passant, donc la première branche est ouverte. Cela revient à un circuit en série dans lequel l"intensité est la même en tout point: donc A affiche 168 mA. 2 (1+1) 2 (1+1) 1 2 2,5 1,5 (1+0,5) 2 (1+1)quotesdbs_dbs13.pdfusesText_19

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