Exercice 1 : Détente réversible d'un gaz parfait au contact d'un mélange eau+ glace Un cylindre à parois Exercice 2 : Variation d'entropie lors d'un mélange eau liquide-glace Dans un récipient Exercice 8 : Surfusion de l'eau On place un
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Exercice Surfusion Une masse m d'eau liquide est portée à -6°C dans un congélateur, tout en restant à l'état liquide On perturbe légèrement le système, ce qui
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Sup PCSI1 - Exercices de physique Premier Principe {glace, 250 K} → {glace, 273 K} → {eau, 273 K}→{eau, 300 K} Le système ne va Eau en surfusion
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Ce corrigé est proposé par Jean-Julien Fleck (ENS Ulm) et Yannick Alméras ( professeur en phase liquide-solide, le premier problème s'intéresse à l'étude de la surfusion avec le modèle de d'eau après leur éjection du canon à neige
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Exercices - Thermodynamique PTSI Une masse = 1 d'eau liquide est `a la température de 50∘ sous sa Ex-T6 8 Surfusion du Phosphore
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Mélange d'eau et de glace dans un calorimètre : Cessation d'une surfusion Remarque : exercice assez particulier, plutôt calculatoire, qui n'est pas dans
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Exercices de Thermodynamique m3 mol−1) et l'énergie interne molaire U (en kJ mol−1) de la vapeur d'eau à Ce phénomène porte le nom de surfusion
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W Exercice 1 pression qu'aurait l'eau vapeur dans les mêmes conditions de volume et de Éléments de corrigé 1/9 suite à un phénomène de surfusion 2
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surfusion de l'eau : l'eau reste liquide au-dessous de 0°C mais c'est un état instable extrêmement complexe : pour commencer à s'initier sur ce sujet fort passionnant, consulter par exemple donnée par (le démontrer en exercice ) :
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TD T7 Thermodynamique 2012/13 O.KELLER - TSI1 Page 1 sur 2 Lycée Louis Vincent Metz Travaux dirigés de Thermodynamique n°7 Exercice 1 : Détente réversible d'un gaz parfait au contact d'un mélange eau+glace. Un cylindre à parois diathermes, fermé par un piston, contient une mole de gaz parfait dans l'état initial (T1=273K, p1=3bars). Ce système est plongé dans un bain eau+glace constituant un thermostat à 0°C. On agit sur le piston mobile pour détendre, de façon réversible le gaz jusqu'à la pression p2=1bar. 1. Déterminer la masse m de glace apparaissant dans le thermostat, l'enthalpie massique de fusion de la glace étant LF=334J.g-1. 2. Calculer la variation d'entropie du gaz et celle du thermostat. Exercice 2 : Variation d'entropie lors d'un mélange eau liquide-glace. Dans un récipient parfaitement calorifugé, on place une masse M d'eau à θ1=20°C et une masse m=500g de glace à 0°C. 1. Déterminer la composition et la température du mélange à l'équilibre si M=1kg. 2. Déterminer la composition et la température du mélange à l'équilibre si M=4kg. 3. Dans le cas où M=1kg, déterminer la variation d'entropie de la masse d'eau a. Initialement à l'état liquide. b. Initialement à l'état solide. La transformation est-elle réversible ? Capacité thermique massique de l'eau liquide : ce=4,2kJ.kg-1.K-1 ; de l'e au solide cg=2,1kJ.kg-1.K-1 chaleur latente de fusion de la glace L=336 kJ.kg-1. Exercice 3: Vaporisation de l'éther On envisage la vaporisation de 7,4g d'éther à 34,5°C sous une pression de 1,013bar. Calculer la variation d'enthalpie et la variation d'énergie interne lors de cette évolution. On assimile l'éther gazeux à un gaz parfait et on néglige le volume massique du liquide devant celui de la vapeur. Données : - enthalpie molaire de vaporisation de l'éther à 34,5°C : 1
29,0.vap
LkJmol
. - Masse molaire de l'éther 174.Mgmol
Exercice 4: Vaporisation réversible et irréversible. 1. Un cylindre fermé par un piston mobile contient 18cm3 d'eau liquide à 100°C sous 1,013bar. L'ensemble est en contact avec un thermostat à 100°C. On tire le piston lentement jusqu'à ce que la dernière goutte de liquide soit vaporisée. a. Calculer le volume final Vf du cylindre en considérant la vapeur sèche obtenue comme un gaz parfait. b. Représenter l'évolution sur un diagramme de Clapeyron. c. Calculer ΔU, ΔH, ΔS, W et Q. 2. Le même volume de 18cm3 d'eau liquide est injecté dans un récipient thermostaté à 100°C de volume Vf dans lequel la vaporisation est immédiate. Déterminer la création d'entropie lors de cette transformation. Données : - enthalpie massique de vaporisation de l'eau à 100°C 1
2250.Vap LJg . - Masse volumique de l'eau ρ=103kg.m-3.
TD T7 Thermodynamique 2012/13 O.KELLER - TSI1 Page 2 sur 2 Lycée Louis Vincent Metz Exercice 5 : Store Wars ou la Guerre des étals. Dans l'épisode 1 de la guerre des étoiles (La menace fantôme), on peut voir le maître Jedi Qui-Gon Jinn faire fondre la porte d'un vaisseau spatial à l'aide d'un sabre laser. Cet exercice a pour but de calculer la puissance fournie par le sabre laser pour réaliser cet exploit. On modélise la partie de la porte concernée par un cylindre de titane de diamètre 50cm et de génératrice 50cm (épaisseur de la porte).La température de départ est supposée égale à 298K. 1. Calculer l'énergie nécessaire pour porter le morceau de porte à la température de fusion. 2. Calculer l'énergie nécessaire pour faire fondre le cylindre de titane. 3. En déduire l'énergie totale délivrée par le sabre laser. 4. La scène dure à peu près ; 9s. En déduire la puissance du sabre laser. 5. Commentez. Quel regard critique peut-on porter sur cette scène ? Données : Tfus=1668°C, Lfus=15,5 kJ/mol, masse volumique du titane : ρ=4510kg/m3, M(Fe)=47,9g/mol, capacité thermique massique du titane : c=520J/kg/K. Exercice 6 : Superman. Dans une de ses aventures, on peut voir Superman évaporer l'intégralité de l'eau contenue dans un lac, en utilisant ses " yeux laser ». En estimant le volume du lac ainsi que sa température initiale, déterminer l'énergie fournie par superman pour réaliser cet exploit ? Conclure. Données : - enthalpie massique de vaporisation de l'eau à 100°C : Lvap=2257J.g!1. - Capacité thermique massique de l'eau liquide 11
4,18..
e cJgKExercice 7 : Artisan glacier *** Monsieur G décide de fabriquer lui-même sa glace. La température extérieure Text est supposée constante à 25°C. Dans un congélateur de température T = -20°C, il refroidit une masse m=1kg d'eau de 20°C à -20°C. La puissance du compresseur est PC. Le fluide décrit des cycles réversibles. Décrire le processus de congélation. Quelle est la durée de l'opération ? Commenter. Données : cp(eau liquide) = 4,2 kJ.kg-1.K-1 ; cp(glace) = 2,1 kJ.kg-1.K-1 ; ΔHfusion = 330 kJ.kg-1 ; PC=90W. Exercice 8 : Surfusion de l'eau On place un récipient contenant 10mL d'eau à l'extérieur, un jour où la température est -5°C. L'eau, initialement liquide, atteint la tempéra ture de -5°C tout e n restant à l'état liquide. Spontanément, la totalité de l'eau se transforme alors en glace à -5°C. Calculer la création d'entropie. Données : - enthalpie massique de fusion de l'eau à 0°C : 1
333.fus LJg . - Capacité thermique massique de l'eau liquide 11