bts tp 1993

THERMODYNAMIQUE

 I.1) Énoncer le premier principe de la thermodynamique.

 I.2) Définir l'enthalpie d'un système thermodynamique

I.3) Le système subit une transformation à pression constante. Etablir la relation liant la variation de son enthalpie à la quantité de chaleur qu'il échange avec le milieu extérieur.

I.4) Définir la chaleur latente de changement d'état d'un corps pur.

I.5) Une feuille d'aluminium d'épaisseur constante e = 0,50.10-6 m, dont la température initiale est T0 = 293 K, est déposée horizontalement sur un matériau thermiquement isolant. Elle reçoit, perpendiculairement à sa surface, un faisceau laser homogène de section d'aire s = 0,20.10-6 m2 et de puissance moyenne P.

On suppose que toute l'énergie du faisceau incident est absorbé par le cylindre d'aluminium d'épaisseur e, de même section s que celle du faisceau et que la température de ce cylindre est uniforme à chaque instant. On ne tient pas compte des échanges de chaleur entre le cylindre et les régions voisines.

Les propriétés physiques de l’aluminium sont données à la fin de l’énoncé.

Donner l’expression de la quantité de chaleur nécessaire pour effectuer chacune des transformations suivantes de la zone irradiée, puis calculer sa valeur numérique.

         a) de l'aluminium solide à la température T0 = 293 K, en aluminium solide à la température Tf = 933 K ;

         b) de l'aluminium solide à la température T0 en aluminium liquide à la même température Tf.

         c) de l'aluminium solide à la température T0 en aluminium vapeur à la température Tv = 2740 K.

 I.6) Pour vaporiser le cylindre d’aluminium (transformation 5c), on éclaire cette région pendant une durée t = 10-3 s. Calculer la puissance P du faisceau laser.

 Données : propriétés physiques de l’aluminium :

- Température de fusion : Tf = 933 K ;

- Température de vaporisation sous la pression atmosphérique normale : Tv = 2740 K ;

- Chaleur latente de fusion : L = 397 kJ.kg-1 ;

- Chaleur latente de vaporisation à 2740 K : Lv = 10500 kJ.kg-1 ;

- Masse volumique du solide : µ = 2699 kg.m-3 ;

- Chaleur massique du solide : c = 900 J.kg-1.K-1 ;

- Chaleur massique du liquide : c1 = 1090 J.kg-1.K-1.

 

III CHIMIE

 Les plates-formes métalliques plongées dans une atmosphère humide doivent être protégées de 1a corrosion.

 III.1 Étude de principe. an réalise une pile en associant une demi-pile formée d'une lame de fer plongeant dans une solution de sulfate de fer II (1 mol.L-l), et une demi-pile formée d'une lame de zinc plongeant dans une solution de sulfate de zinc (1 mol.L-l) .

Ces deux compartiments sont reliés par un pont salin.

        III.1.1 Cette pile débite dans un circuit extérieur.

Écrire les équations électrochimiques. des réactions se produisant dans chaque demi-pile ; préciser sur quelle électrode ont lieu une oxydation, une réduction.

Écrire l'équation bilan. Justifier la notion de protection par le zinc.

        III.1.2 Déterminer la polarité de cette pile et donner la valeur de sa fem.

III.2 Les plates-formes, dont la nature sera assimilée à du fer, sont protégées par des plots de zinc.

Cette protection est prévue pour 5 ans. avant renouvellement ; l'intensité du courant résultant de la formation de cette pile a une valeur moyenne de 50 mA.

Calculer la masse de zinc à prévoir. sachant que la masse de zinc effectivement consommée n'est que de 60 % de la masse disposée sur les plates-formes.

 Données :                potentiel standard E°= 0.44 V

                              potentiel standard E°= -0,76 V

masse molaire atomique du zinc : 65,4 g.mol-l

Charge de l'électron : 1,60.10-19 C

Nombre d'Avogadro : 6,02.1023 mol-1

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