Chapitre 5
145
Exercices
Les propriétés de l’eau sont toutes tabulées dans
les abaques n°1, 2 et 3 (voir l’annexe A1 p. 315)
5.1 Température et pression
d’ébullition
Un/e étudiant/e voyage à bord d’un avion de ligne et se
voit servir une boisson chaude (figure 5.26) par l’équipage ; la boisson est presque à ébullition. Il/elle en mesure la température à 88,2
◦ C.
1. Quelle est la pression dans la cabine ?
L’avion subit une dépressurisation rapide et la pression de la cabine s’égalise avec la pression atmosphérique locale (17,2 kPa). L’étudiant/e enfile son masque
à oxygène et constate avec déplaisir que la boisson, qui
refroidit, s’est mise à bouillir.
2. À quelle température l’ébullition cessera-t-elle ?
Figure 5.26 – Boisson chaude aérienne au goût non
identifié.
Photo CC-by par l’utilisateur⋅rice Flickr notbrucelee
5.2 Évaporation d’eau
1. Combien faut-il de chaleur pour évaporer entièrement une casserole d’eau (figure 5.27) ? Le récipient contient 2,5 L d’eau à 10
◦ C, et la pression
atmosphérique ambiante est de 1 bar.
2. Représentez l’évolution sur un diagramme
température-volume, de façon qualitative (c’està-dire sans représenter les valeurs numériques) et
en y représentant la courbe de saturation.
3. Le réchauffement est effectué avec une plaque électrique de 1 500 W. Combien de temps faut-il pour
vaporiser l’eau, et quel est le coût engendré par
l’expérience ? L’opérateur facture 0,15A C par kW h
et les pertes de la plaque dans la pièce sont de
l’ordre de 10 %.
Figure 5.27 – Expérience de physique ordinaire
Photo CC-by par Indi Samarajiva
5.3 Exercice simple de cours
Décrivez très brièvement une expérience permettant
de réchauffer à température constante une masse fixe
d’eau liquide sous-refroidie. Représentez l’évolution sur
un diagramme pression-volume, de façon qualitative et
en y représentant la courbe de saturation.
5.4 Génération de vapeur à haute
pression
Un procédé industriel chimique nécessite l’apport d’un
débit de vapeur de 2 kg s
−1 à 6 bar et 875
◦ C. La machine
en charge de fournir cette vapeur est alimentée par une
canalisation d’eau liquide pressurisée à 10
◦ C et 6 bar.
1. Quelles puissances sous forme de travail et de chaleur sont nécessaires pour générer ce débit de vapeur ?
2. Représentez l’évolution subie par l’eau sur un diagramme pression-volume, de façon qualitative et
en y représentant la courbe de saturation.
5.5 Tout est dans le bouchon
Un/e étudiant/e décide de maintenir une alimentation
équilibrée, et pour cela fait cuire des aliments dans un
autocuiseur (couramment appelé « cocotte-minute »,
figure 5.28).
La soupape (couramment appelée « bouchon ») de
l’autocuiseur pèse 216 g ; elle est posée sur un conduit
d’échappement de diamètre 5 mm. La pression atmosphérique ambiante est de 1,1 bar.
1. À quelle température l’autocuiseur permet-il de
faire cuire les aliments ?
2. Quelle température et quelle pression une personne appuyant sur la soupape pourrait-elle générer à l’intérieur de l’autocuiseur ? Comment empêcher un accident ?
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
145
Exercices
Les propriétés de l’eau sont toutes tabulées dans
les abaques n°1, 2 et 3 (voir l’annexe A1 p. 315)
5.1 Température et pression
d’ébullition
Un/e étudiant/e voyage à bord d’un avion de ligne et se
voit servir une boisson chaude (figure 5.26) par l’équipage ; la boisson est presque à ébullition. Il/elle en mesure la température à 88,2
◦ C.
1. Quelle est la pression dans la cabine ?
L’avion subit une dépressurisation rapide et la pression de la cabine s’égalise avec la pression atmosphérique locale (17,2 kPa). L’étudiant/e enfile son masque
à oxygène et constate avec déplaisir que la boisson, qui
refroidit, s’est mise à bouillir.
2. À quelle température l’ébullition cessera-t-elle ?
Figure 5.26 – Boisson chaude aérienne au goût non
identifié.
Photo CC-by par l’utilisateur⋅rice Flickr notbrucelee
5.2 Évaporation d’eau
1. Combien faut-il de chaleur pour évaporer entièrement une casserole d’eau (figure 5.27) ? Le récipient contient 2,5 L d’eau à 10
◦ C, et la pression
atmosphérique ambiante est de 1 bar.
2. Représentez l’évolution sur un diagramme
température-volume, de façon qualitative (c’està-dire sans représenter les valeurs numériques) et
en y représentant la courbe de saturation.
3. Le réchauffement est effectué avec une plaque électrique de 1 500 W. Combien de temps faut-il pour
vaporiser l’eau, et quel est le coût engendré par
l’expérience ? L’opérateur facture 0,15A C par kW h
et les pertes de la plaque dans la pièce sont de
l’ordre de 10 %.
Figure 5.27 – Expérience de physique ordinaire
Photo CC-by par Indi Samarajiva
5.3 Exercice simple de cours
Décrivez très brièvement une expérience permettant
de réchauffer à température constante une masse fixe
d’eau liquide sous-refroidie. Représentez l’évolution sur
un diagramme pression-volume, de façon qualitative et
en y représentant la courbe de saturation.
5.4 Génération de vapeur à haute
pression
Un procédé industriel chimique nécessite l’apport d’un
débit de vapeur de 2 kg s
−1 à 6 bar et 875
◦ C. La machine
en charge de fournir cette vapeur est alimentée par une
canalisation d’eau liquide pressurisée à 10
◦ C et 6 bar.
1. Quelles puissances sous forme de travail et de chaleur sont nécessaires pour générer ce débit de vapeur ?
2. Représentez l’évolution subie par l’eau sur un diagramme pression-volume, de façon qualitative et
en y représentant la courbe de saturation.
5.5 Tout est dans le bouchon
Un/e étudiant/e décide de maintenir une alimentation
équilibrée, et pour cela fait cuire des aliments dans un
autocuiseur (couramment appelé « cocotte-minute »,
figure 5.28).
La soupape (couramment appelée « bouchon ») de
l’autocuiseur pèse 216 g ; elle est posée sur un conduit
d’échappement de diamètre 5 mm. La pression atmosphérique ambiante est de 1,1 bar.
1. À quelle température l’autocuiseur permet-il de
faire cuire les aliments ?
2. Quelle température et quelle pression une personne appuyant sur la soupape pourrait-elle générer à l’intérieur de l’autocuiseur ? Comment empêcher un accident ?
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen