Énergie : conversions et transferts - Spécialité
Thermodynamique
Exercice 1 : Calculer une variation d'énergie thermique
La température d'ébullition de l'ammoniac \(NH_3\) est \(-33,3°C\) à la pression de \(1013 hPa.\)
En considérant que l'énergie massique de vaporisation de l'ammoniac vaut \(1,4 \times 10^{3} kJ\mathord{\cdot}kg^{-1}\), calculer quelle quantité d'énergie thermique \(2,4 kg\) de l'ammoniac doivent recevoir pour se vaporiser.On donnera un résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 2 : Variation de l'énergie interne d'un système
On dispose d'une masse \( m = 6,6\:\text{kg} \) d'éthanol \( (C_2H_6O) \) que l'on fait passer d'une température de \( \theta_1 = 20\:\text{°C} \) à \( \theta_2 = 72\:\text{°C} \).
On donne :
- Capacité thermique massique de l'éthanol : \( c = 2\:460\:\text{J}\mathord{\cdot}\text{K}^{-1}\mathord{\cdot}\text{kg}^{-1} \).
Calculer l'énergie thermique \( \Delta E \) accumulée par le système.
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs, exprimé en joules.
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs, exprimé en joules.
Donner ce résultat en \( \text{Wh} \).
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 3 : Etudier les transferts thermiques et changements d'état
Dans un café un serveur réchauffe \(220 mL\) de lait en y injectant de la vapeur d'eau à
\(120°C\).
Le lait, initialement à la température de \(14°C\), est réchaufé à \(70°C\).
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 \(70°C\). 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 \(14°C\), est réchaufé à \(70°C\).
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 \(70°C\). 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 \(14°C \) à \(70°C\).
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 \(70°C\).
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 \(14°C\) à \(70°C\).
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 4 : Utilisation de l'équation des gaz parfaits
On rappelle les constantes suivantes :
Constante des gaz parfaits : \( R = 8.31 J.K^{-1}.mol^{-1} \)
Conversion des températures : \( T(K) = 273.15 + \theta °C \)
On écrira les réponses, sous forme d'écriture scientifique, en unité de base du système international avec 2 chiffres significatifs.
Pour les températures, la réponse ne sera pas sous forme d'écriture scientifique, mais simplement arrondie au centième, suivie de l'unité de base du système international qui convient.
Exercice 5 : 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 ?
\( L_{liquéfaction}(éthanol) = -855 kJ\mathord{\cdot}kg^{-1} \)
Calculer l’énergie transférée pour réaliser la liquéfaction de \( 202 g \) d’éthanol à 79 °C.On donnera un résultat avec 4 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.