Bonsoir.
J'ai fait un exercice sur la détermination expérimentale d'une chaleur latente de vaporisation, mais lors de ma résolution, il y a toute une partie (constituée de deux valeurs) que je n'utilise pas. J'ai donc un doute.
Voici l'énoncé :
Pour déterminer la chaleur latente de vaporisation de l'eau, on réalise l'expérience suivante. Dans un calorimètre contenant initialement 500g d'eau à 20°C, on fait barboter de la vapeur d'eau à 100°C sous la pression de 1 bar. La vapeur se condense totalement. Au bout de quelques minutes, on arrête l'arrivée de vapeur. La température finale est alors de 42,2°C. L'augmentation de masse du calorimètre est égale à 20g, la capacité thermique du calorimètre est de 160 J/K. Déterminer la chaleur latente massique de vaporisation de l'eau.
Données : c(eau) = 4185 J/Kg/K
Voici ce que j'ai fait :
On sait que Q = C * (O2-O1) (le O correspond à teta)
Q : quantité de chaleur apportée ou cédée en J ; C : capacité thermique en J/K
Alors Q = 160 * (42,2-20) = 3552
On sait aussi que Q = m*L soit L = Q/m
L : chaleur latente en J/Kg ; m : masse en Kg ; Q : en J
Ainsi : L = 3552/0,500 = 7104
Soit L = 7104 J/Kg
Est-ce correct ?
Merci d'avance.
Bonne soirée.
Détermination d'une chaleur latente de vaporisation
Modérateur : moderateur
Re: Détermination d'une chaleur latente de vaporisation
Bonsoir Ella,
Ce problème est plutôt complexe sans questions intermédiaires pour vous guider...
Tout d'abord vous devez comprendre qu'il y a trois corps qui échangent de l’énergie par transferts de chaleur.
1) Le calorimètre qui va se réchauffer en partant de sa température d'équilibre initiale de 20°C pour atteindre la température d'équilibre finale de 42,2°C.
2) Les 500g d'eau contenu dans ce calorimètre et initialement à 20°C vont se réchauffer pour atteindre la température d'équilibre finale de 42,2°C.
3) L'eau qui est ajoutée, initialement sous forme de gaz (et non de vapeur car à 100°C et à 10^5 Pa l'eau est bien gazeuse) qui va, dans un premier temps se liquéfier à température constante (et non se condenser car la condensation désigne le passage de l'état gazeux vers l'état solide). Cette eau va, en se liquéfiant, échanger de l'énergie puis ensuite va se refroidir pour atteindre la température d'équilibre. Cet échange énergétique se fait via un transfert de chaleur appelé chaleur latente de liquéfaction (la chaleur latente de vaporisation, de valeur opposée, intervient lors de la transformation inverse qui ne se produit pas ici). La masse de cette eau se détermine par la variation de masse du calorimètre entre les deux instants.
Globalement, comme tous les échanges énergétiques ayant lieu dans un calorimètre isolé, on peut en déduire que les transferts énergétiques par chaleur se compensent. Ainsi la somme de tous ces échanges doit être nulle.
Je vous conseille de faire des petits schémas annotés pour bien détailler ces trois systèmes qui échangent de l'énergie sous forme de transfert de chaleur.
PS : La transition gaz-liquide pour l'eau est située à 100°C pour une pression de 1,013.10^5 Pa et non pour 1 bar = 10^5 Pa. On parle de vapeur d'eau lorsque celle-ci est dans un état gazeux alors que son état devrait être liquide. Par exemple l'humidité de l'air à 20°C est de la vapeur d'eau.
Ce problème est plutôt complexe sans questions intermédiaires pour vous guider...
Tout d'abord vous devez comprendre qu'il y a trois corps qui échangent de l’énergie par transferts de chaleur.
1) Le calorimètre qui va se réchauffer en partant de sa température d'équilibre initiale de 20°C pour atteindre la température d'équilibre finale de 42,2°C.
2) Les 500g d'eau contenu dans ce calorimètre et initialement à 20°C vont se réchauffer pour atteindre la température d'équilibre finale de 42,2°C.
3) L'eau qui est ajoutée, initialement sous forme de gaz (et non de vapeur car à 100°C et à 10^5 Pa l'eau est bien gazeuse) qui va, dans un premier temps se liquéfier à température constante (et non se condenser car la condensation désigne le passage de l'état gazeux vers l'état solide). Cette eau va, en se liquéfiant, échanger de l'énergie puis ensuite va se refroidir pour atteindre la température d'équilibre. Cet échange énergétique se fait via un transfert de chaleur appelé chaleur latente de liquéfaction (la chaleur latente de vaporisation, de valeur opposée, intervient lors de la transformation inverse qui ne se produit pas ici). La masse de cette eau se détermine par la variation de masse du calorimètre entre les deux instants.
Globalement, comme tous les échanges énergétiques ayant lieu dans un calorimètre isolé, on peut en déduire que les transferts énergétiques par chaleur se compensent. Ainsi la somme de tous ces échanges doit être nulle.
Je vous conseille de faire des petits schémas annotés pour bien détailler ces trois systèmes qui échangent de l'énergie sous forme de transfert de chaleur.
PS : La transition gaz-liquide pour l'eau est située à 100°C pour une pression de 1,013.10^5 Pa et non pour 1 bar = 10^5 Pa. On parle de vapeur d'eau lorsque celle-ci est dans un état gazeux alors que son état devrait être liquide. Par exemple l'humidité de l'air à 20°C est de la vapeur d'eau.
-
Ella 1ère S
Re: Détermination d'une chaleur latente de vaporisation
Bonjour.
Je suis désolé mais je n'ai pas très bien comprit ce que je suis censée faire.
J'ai comprit que ce que j'ai fait pour l'instant était faux, mais je ne sais pas quoi faire désormais..
Je suis désolé mais je n'ai pas très bien comprit ce que je suis censée faire.
J'ai comprit que ce que j'ai fait pour l'instant était faux, mais je ne sais pas quoi faire désormais..
Re: Détermination d'une chaleur latente de vaporisation
Dans ce cas nous allons prendre les choses dans l'ordre et plus simplement.
Premièrement, quelle est la quantité d'eau introduite sous forme de gaz ?
(on notera pour le restant du problème cette quantité d'eau par "introduite" et la masse correspondante par \(m_{introduite}\))
Nous allons désigner chaque quantité d'énergie échangées sous forme de chaleur entre les différentes parties par des lettre Q et en indice on mettra la partie concernée du système.
Comme indiqué plus haut il y a trois parties qui échangent de l'énergie sous forme de chaleur, l'ensemble formant un système isolé. Un systèle isolé ne voit pas sont énergie totale varier.
Dans un premier temps il nous faut algébriser et nommer chacune des quantités nécessaire à la clarification du problème. L'énoncé ne nous donne pas ces données donc il faut les créer afin de terminer le problème.
Entre l'instant initial et l'instant final où la température n'évolue plus, on aura les échanges suivant:
1) Le calorimètre échange une quantité \(Q_{calorimetre}\) avec les deux autres parties
2) Les 500g d'eau échangent une quantité \(Q_{eau}\) avec les deux autres parties.
2) La quantité d'eau introduite sous forme de gaz échange une quantité \(Q_{introduite}\) avec les deux autres parties.
Le système total étant isolé, son énergie ne variera pas entre l'instant initial et final. On peut donc écrire :
\(\Delta E \, = \, Q_{calorimetre} \,+ \,Q_{eau}\, + \, Q_{introduite}\,=\,0\)
Esayez à présent de donner, en utilisant que des lettres pour les trois dernières données :
- La masse \(m_{introduite}\) en grammes.
- \(Q_{calorimetre}\,=\,\)
- \(Q_{eau}\,=\,\)
- \(Q_{introduite}\,=\,\)
Attention \(Q_{introduite}\) se compose de deux termes : un premier correspondant à la chaleur latente de liquéfaction et un second pour refroidir l'eau liquide jusqu'à la température finale.
Premièrement, quelle est la quantité d'eau introduite sous forme de gaz ?
(on notera pour le restant du problème cette quantité d'eau par "introduite" et la masse correspondante par \(m_{introduite}\))
Nous allons désigner chaque quantité d'énergie échangées sous forme de chaleur entre les différentes parties par des lettre Q et en indice on mettra la partie concernée du système.
Comme indiqué plus haut il y a trois parties qui échangent de l'énergie sous forme de chaleur, l'ensemble formant un système isolé. Un systèle isolé ne voit pas sont énergie totale varier.
Dans un premier temps il nous faut algébriser et nommer chacune des quantités nécessaire à la clarification du problème. L'énoncé ne nous donne pas ces données donc il faut les créer afin de terminer le problème.
Entre l'instant initial et l'instant final où la température n'évolue plus, on aura les échanges suivant:
1) Le calorimètre échange une quantité \(Q_{calorimetre}\) avec les deux autres parties
2) Les 500g d'eau échangent une quantité \(Q_{eau}\) avec les deux autres parties.
2) La quantité d'eau introduite sous forme de gaz échange une quantité \(Q_{introduite}\) avec les deux autres parties.
Le système total étant isolé, son énergie ne variera pas entre l'instant initial et final. On peut donc écrire :
\(\Delta E \, = \, Q_{calorimetre} \,+ \,Q_{eau}\, + \, Q_{introduite}\,=\,0\)
Esayez à présent de donner, en utilisant que des lettres pour les trois dernières données :
- La masse \(m_{introduite}\) en grammes.
- \(Q_{calorimetre}\,=\,\)
- \(Q_{eau}\,=\,\)
- \(Q_{introduite}\,=\,\)
Attention \(Q_{introduite}\) se compose de deux termes : un premier correspondant à la chaleur latente de liquéfaction et un second pour refroidir l'eau liquide jusqu'à la température finale.
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Ella 1èreS
Re: Détermination d'une chaleur latente de vaporisation
Je suis vraiment désolée mais tout d'abord je ne vous suis pas. Les expressions littérales que vous me proposer de compléter, vous me les demander avec des formules ou juste à partir de l'équation en rapport avec un système athermique ? Si c'est la deuxième, en quoi le Qintroduite se compose de deux termes ?
Et aussi, je me demande pourquoi ce que j'ai fait est incorrecte. La formule que j'ai utilisé n'est-elle pas correcte ? Car notre professeur ne nous avait évoqué qu'une seule fois la chaleur latente et c'était par cette formule.. Et je pense que ça me justifie sur le fait que je ne comprend pas ce que vous expliquez ..
J'en suis vraiment navrée.
Et aussi, je me demande pourquoi ce que j'ai fait est incorrecte. La formule que j'ai utilisé n'est-elle pas correcte ? Car notre professeur ne nous avait évoqué qu'une seule fois la chaleur latente et c'était par cette formule.. Et je pense que ça me justifie sur le fait que je ne comprend pas ce que vous expliquez ..
J'en suis vraiment navrée.
Re: Détermination d'une chaleur latente de vaporisation
Essayez de répondre, on pourra poursuivre (la première question est tout à fait accessible et est absolument nécessaire).
Ce problème est difficile car vous n'avez pas suffisamment de questions pour vous guider. Il est normal que vous trouviez ça difficile, ça l'est. Mais en vous accrochant, vous aller y arriver.
Les formules littérales sont écrites à partir des relations de votre cours. Dans votre réponse initiale vous aviez donné une telle formule mais en mélangeant tout.
Je vous ai séparé les trois parties du système global. Écrivez ce que vous pensez être juste, avec des lettres uniquement et je vous corrigerai. Par exemple \(Q_{introduite}\) se compose de deux termes car l'eau est initialement gazeuse et à 100°C, il faut donc qu'elle cède l'énergie correspondant à son changement d'état gaz->liquide, qu'on notera \(L_{liquefaction}\) par exemple et ensuite qu'elle cède l'énergie pour pouvoir passer de sa température initiale de 100°C vers sa température finale de 42,2°C. Ceci correspond bien à une somme de deux termes.
Ce problème est difficile car vous n'avez pas suffisamment de questions pour vous guider. Il est normal que vous trouviez ça difficile, ça l'est. Mais en vous accrochant, vous aller y arriver.
Les formules littérales sont écrites à partir des relations de votre cours. Dans votre réponse initiale vous aviez donné une telle formule mais en mélangeant tout.
Je vous ai séparé les trois parties du système global. Écrivez ce que vous pensez être juste, avec des lettres uniquement et je vous corrigerai. Par exemple \(Q_{introduite}\) se compose de deux termes car l'eau est initialement gazeuse et à 100°C, il faut donc qu'elle cède l'énergie correspondant à son changement d'état gaz->liquide, qu'on notera \(L_{liquefaction}\) par exemple et ensuite qu'elle cède l'énergie pour pouvoir passer de sa température initiale de 100°C vers sa température finale de 42,2°C. Ceci correspond bien à une somme de deux termes.