466 Chapitre 17
Échanges d’énergie – Premier principe
I(A)
0 0,28 0,50 0,71 0,99 1,22 1,36
ΔT (I)(
◦ C) 0 0,15 0,50 1,0
1,9
2,8
3,6
où ΔT (I) représente la variation de la température T 2 pendant le temps Δt, sous l’intensité I.
1. En considérant comme système fermé le calorimètre et son contenu et en notant H son enthalpie,
faire un bilan énergétique au cours d’une étape de l’expérience.
2. Sachant que l’on veut déterminer la valeur de la résistance R du conducteur ohmique, quelle
courbe vous paraît-il astucieux de tracer ?
3. Commenter alors la courbe obtenue. En déduire la valeur expérimentale de R.
On donne la capacité thermique massique de l’eau liquide c l = 4,18 kJ · K
−1
· kg
−1 .
Exercice 17.5 Vaporisation d’eau liquide
Méthode (17.4)
3,0 kg d’eau sous forme liquide saturant à la pression P e = 1,0 bar (état I) sont enfermés dans un
récipient cylindrique, surmonté par un piston sans masse et pouvant coulisser sans frottement le
long des parois du cylindre. Ce cylindre et le piston sont supposés être diathermanes. La pression
extérieure est constante, égale à P e = 1,0 bar. On donne la masse molaire de l’eau M = 18 g · mol
−1
et la constante des gaz parfaits, R = 8,31 J · K
−1
· mol
−1 .
10
−4
10
−3
10
−2
10
−1
10 0
10 1
v (m
3 · kg
−1 )
10
−1
10 0
10 1
10 2
10 3
P (bar)
C
Gaz
Gaz + Liquide
Liquide
373 K
450 K
500 K
550 K
600 K
373 K
700 K
647 K
800 K
Eau
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
h (kJ · kg
−1 )
10
−2
10
−1
10 0
10 1
10 2
10 3
P (bar)
300 K
350 K
400 K
450 K
500 K
550 K
600 K
Eau
1. Placer ce point initial I sur le diagramme de Clapeyron et sur le diagramme (P, h) ci-dessus.
2. On chauffe très lentement le piston et son contenu, jusqu’à ce que l’eau soit entièrement sous
forme de vapeur saturante, sous la pression P e . Placer le point final F sur les deux diagrammes,
et caractériser la transformation subie par l’eau.
3. Déterminer la variation ΔV du volume occupé par l’eau ainsi que sa variation d’enthalpie ΔH.
4. Quel est le transfert thermique reçu par l’eau au cours de cette transformation ? Quel est le
travail des forces de pression ?
5. En déduire la variation d’énergie interne de l’eau au cours de cette transformation.
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Échanges d’énergie – Premier principe
I(A)
0 0,28 0,50 0,71 0,99 1,22 1,36
ΔT (I)(
◦ C) 0 0,15 0,50 1,0
1,9
2,8
3,6
où ΔT (I) représente la variation de la température T 2 pendant le temps Δt, sous l’intensité I.
1. En considérant comme système fermé le calorimètre et son contenu et en notant H son enthalpie,
faire un bilan énergétique au cours d’une étape de l’expérience.
2. Sachant que l’on veut déterminer la valeur de la résistance R du conducteur ohmique, quelle
courbe vous paraît-il astucieux de tracer ?
3. Commenter alors la courbe obtenue. En déduire la valeur expérimentale de R.
On donne la capacité thermique massique de l’eau liquide c l = 4,18 kJ · K
−1
· kg
−1 .
Exercice 17.5 Vaporisation d’eau liquide
Méthode (17.4)
3,0 kg d’eau sous forme liquide saturant à la pression P e = 1,0 bar (état I) sont enfermés dans un
récipient cylindrique, surmonté par un piston sans masse et pouvant coulisser sans frottement le
long des parois du cylindre. Ce cylindre et le piston sont supposés être diathermanes. La pression
extérieure est constante, égale à P e = 1,0 bar. On donne la masse molaire de l’eau M = 18 g · mol
−1
et la constante des gaz parfaits, R = 8,31 J · K
−1
· mol
−1 .
10
−4
10
−3
10
−2
10
−1
10 0
10 1
v (m
3 · kg
−1 )
10
−1
10 0
10 1
10 2
10 3
P (bar)
C
Gaz
Gaz + Liquide
Liquide
373 K
450 K
500 K
550 K
600 K
373 K
700 K
647 K
800 K
Eau
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
h (kJ · kg
−1 )
10
−2
10
−1
10 0
10 1
10 2
10 3
P (bar)
300 K
350 K
400 K
450 K
500 K
550 K
600 K
Eau
1. Placer ce point initial I sur le diagramme de Clapeyron et sur le diagramme (P, h) ci-dessus.
2. On chauffe très lentement le piston et son contenu, jusqu’à ce que l’eau soit entièrement sous
forme de vapeur saturante, sous la pression P e . Placer le point final F sur les deux diagrammes,
et caractériser la transformation subie par l’eau.
3. Déterminer la variation ΔV du volume occupé par l’eau ainsi que sa variation d’enthalpie ΔH.
4. Quel est le transfert thermique reçu par l’eau au cours de cette transformation ? Quel est le
travail des forces de pression ?
5. En déduire la variation d’énergie interne de l’eau au cours de cette transformation.
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