SOS physique-chimie

Bonjour!

J'ai un Dm de physique chimie et j'ai quelques difficultés à justifier l'élimination d'une de mes hypothèses.

Pour résumer, on place une masse de glaçons à -10°C dans un verre d'eau à 0°C.

L'exercice nous demande de supposer qu'il y a deux phases à l'état final : une phase liquide et une phase solide.

Y a t il un moyen de prouver que de toute manière le cas où une partie de l'eau se solidifie et une partie de la glace se solidifie en même temps est impossible?

Merci d'avance

Bonjour,

Logiquement, si vous mélangez de la glace à -10°C avec de l'eau à 0°C, votre mélange final a une température comprise entre -10°C et 0°C. A cette température là l'eau est solide.

Bonjour
Merci pour votre réponse rapide

En fait l'énoncé précise qu'il y a deux phases et nous devons trouver les masses correspondantes afin qu'il y ait équilibre thermique à 0°C tout en ayant deux phases.

Il faut nous donner un peu plus d'informations si vous voulez qu'on vous aide.
D'après ce que vous me dites, la température initiale de l'eau n'est pas de 0°C. Si j'ai bien compris, c'est plutôt la température à l'arrivée qui est à 0°C.

On a une masse de 20g d'eau liquide à 0°C et une masse de 40g de glace (eau) à -10°C.
Dans l'hypothèse où à l'équilibre thermique on obtient deux phases (c'est la consigne qui l'impose), j'en déduis que la température finale est de 0°C (pour que les deux phases puissent "coexister").

Avec ca, nous devons trouver la masse finale de la phase liquide et celle de la phase liquide.

J'ai posé l'hypothèse où la glace reste entièrement solide avec une partie de l'eau fond un peu / et une hypothèse où l'eau reste entièrement liquide avec une partie de la glace qui fond. Je trouve des résultats plausibles.

Il me reste une troisième hypothèse que je n'arrive pas à réfuter car je me retrouve avec deux inconnues : lorsque une partie de l'eau se solidifie et une partie de la glace fond.

Est-ce-qu'il existerait une explication physique et non mathématique qui justifierait le fait que les deux parties ne peuvent pas changer d'état simultanément?

Bonjour,
Toutes vos hypothèses semblent cohérentes mais la première est la plus plausible : " J'ai posé l'hypothèse où la glace reste entièrement solide avec une partie de l'eau fond un peu" . Par contre, attention car c'est une partie de l'eau qui se solidifie.

Pour répondre à votre problème, on a du, j'imagine, vous donner la chaleur latente de fusion de la glace (Lf = 333 J/g) et la capacité thermique de la glace (C(glace)= 2,06 J/g/°C).
A vous de vous en servir en sachant que vous venez de faire comme hypothèse que les 20 g de glace passent de -10 °C à 0°C et qu'un partie seulement de la masse de l'eau se solidifie : c'est votre inconnue m (il ne faut pas prendre les 40 g d'eau)

Nous attendons votre réponse pour continuer à vous aider.

Rectificatif :
Excusez-moi, dans mon message précédent, j'ai inversé les chiffres de votre énoncé. Je voulais dire :
A vous de vous en servir en sachant que vous venez de faire comme hypothèse que les 40 g de glace passent de -10 °C à 0°C et qu'un partie seulement de la masse de l'eau se solidifie : c'est votre inconnue m (il ne faut pas prendre les 20 g d'eau)

Bonjour!

Oui c'est ce que j'ai trouvé, j'ai trouvé qu'1,25g se solidifiait.
Pour l'hypothèse où la glace se liquéfiait, la masse de cette partie de glace était négative donc c'est impossible : la glace ne se liquéfiera pas.

Pour montrer que mon hypothèse où une partie de l'eau se solidifiait et une partie de la glace se liquéfiait est impossible, est-ce que c'est parceque cela nécessite beaucoup plus d'énergie des deux systèmes pour parvenir à l'équilibre thermique (puisqu'il y a changement d'état pour les deux)?

ou est-ce-que le cas où'il est impossible que la glace se liquéfie, c'est également valable ici?

Sinon, je n'arrive pas à trouver d'autre explication

Bonjour, dans votre système il faut voir qui peut donner de l'énergie à l'autre .La glace capte "la chaleur" de l'eau.Donc il vous faut écrire votre système en prenant en compte une partie de l'eau qui se solidifie .

Un petit rajout:
Vous avez la glace qui capte et l'eau qui donne.Le transfert de chaleur va toujours du corps chaud vers le corps froid.

Merci beaucoup, je ne le savais pas!

SoS(28) a écrit :Un petit rajout:
Vous avez la glace qui capte et l'eau qui donne.Le transfert de chaleur va toujours du corps chaud vers le corps froid.

Mais même si le transfert de chaleur va toujours du corps chaud vers le corps froid, la "chaleur" de l'eau va vers le glacon et est censée le faire fondre?

Je n'arrive toujours pas à démontrer physiquement la réfutation de cette hypothèse...

1èreS a écrit :Pour montrer que mon hypothèse où une partie de l'eau se solidifiait et une partie de la glace se liquéfiait est impossible

Parcequ'en réalité je ne sais pas si cela nécessite vraiment plus d'énergie, mais je ne peux juste pas la calculer, sachant que je n'ai pas plus de données.

Bonjour, pour faire simple, avez-vous compris que la glace (40 g) se réchauffe jusqu'à 0°C (cette énergie thermique est donnée par une partie de l'eau liquide qui se transforme en glace car elle est déjà à 0°C) et cette glace ne fond pas ?

A l'état final vous aurez une masse de glace (supérieure à 40 g car elle comprend la masse de la glace qui s'est réchauffée + la masse d'eau liquide qui s'est transformée en glace à 0°C). A vous d'écrire l'équation qui correspond à l'échange thermique, faisant intervenir la chaleur latente de solidification de l'eau liquide, qui traduit le fait que la chaleur donnée par la masse m d'eau liquide qui se solidifie est égale à la chaleur reçue par la glace qui se réchauffe jusqu'à 0°C. Vous allez en déduire la masse d'eau liquide qui s'est solidifiée.

Oui j'ai bien trouvé que la masse de l'eau liquide qui se solidifie est de 1,25g mais cette réponse correspond à mon hypothèse : la glace reste entièrement solide et l'eau se solidifie en partie.

Mais comment puis-je faire pour justifier que si justement une partie de l'eau se solidifie, il n'y aura pas aussi un peu de glace qui se liquéfie en même temps..., s'il vous plait?

(je vous remercie d'ailleurs pour votre patience, mais j'ai un blocage :S )

Bonsoir "1ère S".

Mais comment puis-je faire pour justifier que si justement une partie de l'eau se solidifie, il n'y aura pas aussi un peu de glace qui se liquéfie en même temps..., s'il vous plait?

La glace est initialement à -10°C et au final elle est à 0°C comme il y a équilibre entre la phase liquide et solide elle ne fond pas.
Au contraire l'eau qui est initialement à 0°C le transfert thermique de l'eau à 0°C (corps "chaud") vers la glace (corps "froid") dont la température passe de -10°C à 0°C. Un certaine masse d'eau change d'état, elle se solidifie et cette glace formée reste à 0°C d'après l'énoncé.Lorsque les deux phases sont toutes les deux à 0°C, il n peut y avoir de transfert thermique (quel est le corps chaud ? le froid ?) : La glace ne fond plus et l'eau ne gèle plus.

Remarque, en réalité, comme bien évidemment le récipient n'est pas parfaitement isolé thermiquement, il y a transfert d'énergie thermique de l'extérieur (corps "chaud") vers l'intérieur du récipient (corps "froid") : la glace continue à fondre sans que l'eau ne gèle.