Premier principe
Systèmes thermodynamiques - Physique-Chimie Spécialité
Exercice 1 : Étudier les transferts thermiques et changements d'état
Dans un café un serveur réchauffe \(200 mL\) de lait en y injectant de la vapeur d'eau à
\(130°C\).
Le lait, initialement à la température de \(19°C\), est réchaufé à \(65°C\).
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 \(65°C\). 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 \(19°C\), est réchaufé à \(65°C\).
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 \(65°C\). 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 \(19°C \) à \(65°C\).
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 \(65°C\).
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 \(19°C\) à \(65°C\).
On donnera un résultat avec 3 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 \( 161 g \) d’éthanol à 79 °C.On donnera un résultat avec 4 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 3 : 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 \(2,8 kg\) de l'ammoniac doivent recevoir pour se vaporiser.On donnera un résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 4 : Calculer l'énergie thermique accumulée par un système (conversion en Ws)
On dispose d'une masse \( m = 3,3\:\text{kg} \) d'eau \( (H_2O) \) que l'on fait passer d'une température de \( \theta_1 = 17\:\text{°C} \) à \( \theta_2 = 90\:\text{°C} \).
On donne :
- Capacité thermique massique de l'eau : \( c = 4\:185\:\text{J}\mathord{\cdot}\text{K}^{-1}\mathord{\cdot}\text{kg}^{-1} \).
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 5 : Étudier 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 \(21°C\), est réchaufé à \(65°C\).
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 \(65°C\). 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 \(21°C\), est réchaufé à \(65°C\).
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 \(65°C\). 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 \(21°C \) à \(65°C\).
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.
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Nos exercices sont conformes aux programmes de l'Éducation Nationale de la 3e à la Terminale. Kwyk permet aux élèves d'aborder les notions les plus importantes en Physique-Chimie comme l'étude des ondes et de l'optique, l'organisation et la transformation de la matière, la conservation et les transferts d'énergie et les lois de l'électricité. Les élèves peuvent travailler sur l'étude du mouvement avec des exercices de mécanique et de cinétique. Kwyk propose également de nombreux exercices d'entraînement sur les conversions et la manipulation des unités, l'écriture scientifique et l'utilisation des chiffres significatifs.
Nos exercices sont proposés sous forme de réponse libre et/ou de QCM. Afin d'assurer un entraînement efficace et pertinent aux élèves, chaque exercice est généré avec des valeurs aléatoires. Tous les ans, de nouvelles annales du brevet des collèges et du baccalauréat sont mises en ligne sur www.kwyk.fr. Les élèves peuvent s'entraîner grâce aux devoirs donnés sur Kwyk par leurs professeurs et aux devoirs générés par notre outil utilisant l'IA mais aussi grâce aux différents modules de travail en autonomie mis à disposition sur leur espace personnel.
Avec Kwyk, vous mettez toutes les chances de succès du côté des élèves.
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