Pour aller plus loin (Ancien programme) - Spécialité
Énergie
Exercice 1 : Calculer une variation d'énergie thermique
La température d'ébullition de l'eau \(H_2O\) est \(100°C\) à la pression de \(1013 hPa.\)
On observe que la vaporisation de \(2,6 kg\) de l'eau nécessite un apport de \(6,0 \times 10^{3} kJ\), déterminer alors l'énergie massique de vaporisation de l'eauOn donnera un résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 2 : Décrire et calculer un transfert d'énergie
L’éthanol, ou alcool éthylique, est un alcool utilisé notamment dans la production de parfums et de biocarburants. Il est liquide à température ambiante et sa température de vaporisation est de 79 °C.
Cette transformation est-elle exothermique ou endothermique ?
\( L_{vaporisation}(éthanol) = 855 kJ\mathord{\cdot}kg^{-1} \)
Calculer l’énergie transférée pour réaliser la vaporisation de \( 295 g \) d’éthanol à 79 °C.On donnera un résultat avec 4 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 3 : Galvanisation - Transferts thermiques à plusieurs phases
Les usines de galvanisation de fer font fondre de grandes quantités de
zinc solide \(\text{Zn}\) afin d'élaborer par exemple des pièces de
voiture protégées contre la corrosion.
Pour ce faire, il faut disposer d'un bain de zinc liquide à \( 459 °C \) obtenu à partir de zinc solide à \( 10 °C \), pour y tremper les pièces en fer.
Voici les caractéristiques thermiques du zinc :
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et on exprimera le résultat en kJ.
Pour ce faire, il faut disposer d'un bain de zinc liquide à \( 459 °C \) obtenu à partir de zinc solide à \( 10 °C \), pour y tremper les pièces en fer.
Voici les caractéristiques thermiques du zinc :
- Capacité thermique massique du zinc solide : \( c_m (\text{Zn solide}) = 417 J\mathord{\cdot}K^{-1}\mathord{\cdot}kg^{-1} \).
- Capacité thermique massique du zinc liquide : \( c_m (\text{Zn liquide}) = 480 J\mathord{\cdot}K^{-1}\mathord{\cdot}kg^{-1} \).
- Température de fusion du zinc : \( T_{fusion} = 420 °C \).
- Température d'ébullition du zinc : \( T_{ebul} = 907 °C \).
- Energie massique de fusion du zinc : \( L_m = 102 kJ\mathord{\cdot}kg^{-1} \).
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et on exprimera le résultat en kJ.
Exercice 4 : Etudier les transferts thermiques et changements d'état
Dans un café un serveur réchauffe \(240 mL\) de lait en y injectant de la vapeur d'eau à
\(125°C\).
Le lait, initialement à la température de \(16°C\), est réchaufé à \(60°C\).
Durant, cet exercice, on cherchera à déterminer la masse de vapeur à injecter afin d'amener le lait à la température demandée.
On suppose que les transferts thermiques se font uniquement entre le lait et la vapeur et que toute la vapeur injectée devient liquide et se refroidit à \(60°C\). On considèrera également que le lait à la même capacité thermique massique et la même masse volumique que l'eau liquide.
Le lait, initialement à la température de \(16°C\), est réchaufé à \(60°C\).
Durant, cet exercice, on cherchera à déterminer la masse de vapeur à injecter afin d'amener le lait à la température demandée.
On suppose que les transferts thermiques se font uniquement entre le lait et la vapeur et que toute la vapeur injectée devient liquide et se refroidit à \(60°C\). On considèrera également que le lait à la même capacité thermique massique et la même masse volumique que l'eau liquide.
Données
- Energie massique de condensation de l'eau : \( 2257 kJ \mathord{\cdot} kg^{-1} \)
- \( \rho_\text{eau} = 1,00 kg \mathord{\cdot} L^{-1}\)
- L'énergie thermique \( \xi_\text{th} \) échangée lors du changement de température \( \Delta \theta \), de la masse m d'un corps de capacité thermique massique \(c_\text{corps} \) sans changement d'état est \( \xi_\text{th} = m \mathord{\cdot} c_\text{corps} \mathord{\cdot} \Delta \theta \)
- \(c_\text{eau(gaz)} = 1,85 kJ \mathord{\cdot} kg^{-1} \mathord{\cdot} °C^{-1}; \quad c_\text{eau(liquide)} = 0,418 kJ \mathord{\cdot} kg^{-1} \mathord{\cdot} °C^{-1} \)
Calculer l'énergie que doit recevoir le lait pour s'échauffer de \(16°C \) à \(60°C\).
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Calculer l'énergie que pourrait fournir \(1kg\) de cette vapeur en se refroidissant jusqu'à \(100°C\).
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Calculer l'énergie que pourrait fournir \(1kg\) de cette vapeur en devenant liquide.
On donnera un résultat avec 4 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Calculer l'énergie que pourrait fournir l'eau liquide ainsi formée en se refroidissant de \(100°C\) jusqu'à \(60°C\).
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Déterminer désormais la masse de vapeur d'eau qu'il faudrait injecter pour échauffer le lait de \(16°C\) à \(60°C\).
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 5 : Calculer une variation d'énergie thermique
La température d'ébullition du dioxygène \(O_2\) est \(-183°C\) à la pression de \(1013 hPa.\)
En considérant que l'énergie massique de vaporisation du dioxygène vaut \(2,1 \times 10^{2} kJ\mathord{\cdot}kg^{-1}\), calculer quelle quantité d'énergie thermique \(2,6 kg\) du dioxygène doivent recevoir pour se vaporiser.On donnera un résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.