correction de la calorimétrie

I cours : m2c(t - t2) = m1c(t - t1) ou

m1t1 + m2t2 = (m1 + m2)t

100*20 + m2*60 = (100 + m2)35

25m2 = 1500

m2 = 1500/25 = 300/5 = 60

m2 = 60 kg

 II cours : Q = mc(Tf – Ti) = 0,19*380*20

Q = 1444 J

 III cours : mal*cal(Tf – TiAl) + mc(Tf – Tie) = 0

cAl = mc(Tf –Tie)/mal(TiAl – Tf) = 1*4190*10,4/1*49,6

cAl = 879 J.kg-1.K-1

 IV cours : c' = (m + µ)c(Tf – Ti)/m'(T'i – Tf) = 0,25´4186´6,5/0,2´79

c' = 430 J.kg-1.K-1

 

I : L'eau ajoutée passe de t'i = 65,5 °C à tf = 40 °C

Q1 = m'c(tf – t'i)

Le calorimètre, les 1000 g d'eau passent de ti à tf :

Q2 = (µ + m)c(tf – ti)

Comme Q1 + Q2 = 0 :

m'c(tf – t'i) + (µ + m)c(tf – ti) = 0

- m'c(tf – t'i) = (m + µ)c(tf – ti)

25,5 = (1 + µ)25

µ = 25,5/25 – 1 = 1,02 – 1

µ = 20 g

C = µc = 0,02´4186

C = 83,7 J.K-1

 

II : L'eau ajoutée passe de t'i = 60 °C à tf = 40 °C

Q1 = m'c(tf – t'i)

Le calorimètre, les 200 g d'eau et le bloc d'alu passent de ti à tf :

Q2 = (mlcl + mc + mAlcAl)c(tf – ti)

Comme Q1 + Q2 = 0 :

m'c(tf – t'i) + (mlcl + mc + mAlcAl)c(tf – ti) = 0

- m'c(tf – t'i) = (mlcl + mc + mAlcAl)c(tf – ti)

4180´0,3´20 = (0,2´4180 + 0,1´418 + 0,14´cAl)´25

25080 = (836 + 41,8 +0,14cAl)´25

0,14´cAl = 1003,2 –877,8 = 125,4

cAl = 896 J.kg-1.K-1

avec 4190, on trouve 899 J.kg-1.K-1

 

III : On suppose que l'eau de fonte reste à 0 °C, c'est-à-dire qu'il y a assez de glace pour qu'il en reste à la fin.

mL = mc(tf – t'i)

m = 0,25´460´80/3,3.105 = 0,0279 kg

m = 27,9 g

 

IV : a) C1 = m1c1 = 50.103´920

C1 = 46 J.K-1

b) C = C1 + C2 + C3 = 46 + 0,1´4190 + 15

C = 480 J.K-1

c) Le calorimètre, ses accessoires et les 100 g d'eau gagnent une quantité de chaleur Q1 :

Q1 = C.DT = 480(38,5 – 17,2) = 10224 J

L'eau ajoutée perd une quantité de chaleur Q2 :

Q2 = C'.DT' = C'(38,5 - 100) = - C'´61,5

Q1 = - Q2 d'où 61,5C' = 10224

C' = 166 J.K-1

m = C'/c = 166/4190 = 0,0396763 kg

m = 40 g

 

S'il y a 800 J de perte, il faut les ajouter à Q1 (on chauffe l'environnement) :

Q'1 = 11024 J

C' = 11024/61,5 = 179,252 J.K-1

m' = 179,252/4190

m' =42,8 g

 

V : Le jus de fruit passe de la température Tji = 30 °C à la température Tjf = 10 °C :

Q1 = C.DT = 550(10 – 30) = - 11 000 J = - 11 kJ

Une masse m de glace fond puis l'eau provenant de cette fusion passé de Ti = 0 °C à Tf = 10 °C :

Q2 = m.Lf + mc(Tf – Ti) = m(3,3.105 + 4,19.103´10) = m´37.104 J = 370m kJ

- Q1 = Q2

370m = 11

m = 0,0297 kg

m = 30 g

 

VI : En 1 min, la résistance chauffante a donné une quantité de chaleur Q1 :

Q1 = - Uit

Q1 = - 220*0,85*60 = - 11220 J

Pendant ce temps, le calorimètre et l'eau ont gagné une quantité de chaleur Q2 :

Q2 = (Mc + C)DT

Q2 = (0,4*4,19 + C)4,86 = 8145 + 4,86C

Comme Q1 + Q2 = 0 :

4,86C = 11220 – 8145 = 3075

C = 3075/4,86

C = 632 J.K-1

La valeur en eau du calorimètre : µ = C/ce = 632/4190

µ = 151 g

 

VII : Il y a de l'eau et de la glace en équilibre thermique, la température est donc 0 °C.

Le calorimètre passe de la température de 0 °C à la température 28,8 °C, 40 g de glace fondent et 250g + 40g (l'eau de fonte) passent de 0 °C à la température 28,8 °C :

Q1 = (120 + 0,29*4190)(28,8 –0) + 0,04*Lf

Q1 = 38451 +0,04*Lf

Pour cela, la résistance a donné une quantité de chaleur Q2 = 51530 J

38451 +0,04*Lf = 51530

Lf = (51530 – 38451)/0,04

Lf = 3,27.105 J.kg-1

 

VIII : C3H8 + 5O2 ® 3CO2 + 4H2O

10 g de propane correspondent à un nombre de moles de :

n = 10/(3*12 +8) = 0,227 mol

Q1 = (662*3 + 260)*0,22727

Q1 = 510 kJ

La quantité de chaleur gagnée par l'eau est :

Q2 = mc(Tf – Ti)

3´4,190(Tf – 15) = 510

Tf = 15 + 510/12,57 = 15 + 40,57

Tf = 56 °C

 

IX : 1) Q = mC.(q1 - q2)

m est la d’eau qui passe dans un radiateur en une minute. Elle vaut :

m = q’v.10-3.60.re = q’v.10-3.60.1000 = 60q’v

d’où :

Q = 60q’v.C.(q1 - q2)

Q = 60.0,035.4185.10 = 87885 J

Q = 87,9 kJ

2) La puissance est égale à l’énergie divisée par le temps :

P = Q/t = 87885/60

P = 1,46 kW

3) La chaleur dégagée par les 10 radiateurs en 1 seconde est :

Q’ = 10Q/60 = 14,6 kJ

Cela correspond à une chaleur dégagée par la combustion du gaz de :

Q’’ = 14,6.100/80 = 18,3 kJ

Cela correspond à un nombre de moles de gaz de :

n = 18,3/890 = 0,0205 mol

Le volume du gaz brûlé est donc :

V = 0,0205*24

V = 0,492 L

 

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