Centrales Thermiques

[marionmmb]

Bonjour, je suis en 1ère S au CNED et je bloque totalement sur un exercice. Est-il possible que quelqu'un me vienne en aide, au moins afin que je puisse commencer cet exercice ? 

 

Voici l'énoncé : 

 

Données :

 

On pourra admettre qu'un litre d'eau a une masse de 1 kg. La masse atomique du carbone est égale à : 12 g.mol^-1.

On donne les capacités thermiques massiques de l'eau sous forme liquide : 4,18.10^3 J.kg^-1.K^-1 et sous forme gazeuse : 1,90.10^3 J.kg^-1.K^-1.

Sous la pression atmosphérique normale, l'eau se transforme en vapeur à 100°C et l'enthalpie de vaporisation massique de l'eau, sous la pression atmosphérique normale est égale à 2257 kJ.kg^-1.

On conne : c = 3,00.10^8 m.s^-1.

 

Dans les centrales thermiques, on chauffe de l'eau soit grâce à la combustion d'un combustible fossile, soit grâce à la fission de l'uranium 235. La vapeur d'eau est envoyée, sous pression, sur une turbine qui, à son tour, entraîne l'alternateur qui produit le courant électrique.

 

1) Quelle énergie E faut-il fournir à 1m^3 d'eau, pris à 20°C, pour le transformer en vapeur d'eau à 600°C sous une pression de 1 bar.

 

2) La réaction C + O2 --> CO2 libère une énergie de 393 kJ pour une mole de carbone. En supposant que le charbon soit du carbone pur, quelle masse de charbon faut-il utiliser pour fournir l'énergie E calculée à la question 1 ?

 

3) La réaction CH4 + 2 O2 --> CO2 + 2 H2O libère une énergie de 37000 kJ pour 1 m3 de méthane. En supposant que le gaz naturel soit du méthane pur, quel volume de gaz naturel faut-il utiliser pour fournir l'énergie E calculée à la question 1 ?

 

4) La combustion d'un litre de pétrole produit une énergie d'environ 4,0.10^4 kJ. Quel volume de pétrole faut-il utiliser pour fournir l'énergie E calculée à la question 1 ?

 

5) Les noyaux d'uranium 235 subissent, dans le coeur du réacteur nucléaire, différentes réactions de fission, parmis lesquelles l'une des plus fréquentes est la suivante :

^235 92U + ^1 0n --> ^94 zSr + ^A 54Xe + 2 ^1 0n

 

a_ Après avoir rappelé les deux lois de conservation qui doivent être respectées, au cours d'une réaction nucléaire, vous calculerez le numéro atomique Z du strontium (Sr) et le nombre de masse A du xénon (Xe).

 

b_ On donne les masses du neutron : 1,674928.10^-27 kg et des noyaux d'uranium 235 : 3,9030.10^-25 kg ; de strontium : 1,5597.10^-25 kg et de xénon : 2,3238.10^-25 kg. Calculez l,'énergie libérée par la fission d'un noyau d'uranium, lors de cette réaction nucléaire.

 

c_ En supposant que toutes les réactions de fission libèrent la même énergie, quelle masse d'uranium 235 faut-il utiliser pour fournir l'énergie E correspondant à la transformation d'un m^3 d'eau à 20°C en vapeur d'eau à 600°C ?

 

 

Merci d'avance.

[Barbidoux]

On pourra admettre qu'un litre d'eau a une masse de 1 kg. La masse atomique du carbone est égale à : 12 g.mol^-1.

On donne les capacités thermiques massiques de l'eau sous forme liquide : 4,18.10^3 J.kg^-1.K^-1 et sous forme gazeuse : 1,90.10^3 J.kg^-1.K^-1.

Sous la pression atmosphérique normale, l'eau se transforme en vapeur à 100°C et l'enthalpie de vaporisation massique de l'eau, sous la pression atmosphérique normale est égale à 2257 kJ.kg^-1.

On donne : c = 3,00.10^8 m.s^-1.

 

Dans les centrales thermiques, on chauffe de l'eau soit grâce à la combustion d'un combustible fossile, soit grâce à la fission de l'uranium 235. La vapeur d'eau est envoyée, sous pression, sur une turbine qui, à son tour, entraîne l'alternateur qui produit le courant électrique.

 

1) Quelle énergie E faut-il fournir à 1m^3 d'eau, pris à 20°C, pour le transformer en vapeur d'eau à 600°C sous une pression de 1 bar.

——————————

trois étapes passage de l’eau de 20 à 100°, évaporation, passage de la vapeur de 100 à 600°c

Q=m*ceL*∆T1+ m*∆H+m*ceg*∆T2

Q=1000*4.18*10^(3)*80+1000*2257*1000+1000*1.9*10^3*500

=3.54*10^9 J

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2) La réaction C + O2 --> CO2 libère une énergie de 393 kJ pour une mole de carbone. En supposant que le charbon soit du carbone pur, quelle masse de charbon faut-il utiliser pour fournir l'énergie E calculée à la question 1 ?

——————————

m=Q/(393*10^3)=3.54*10^9/(393*10^3)=9007 mol soit 9007*12=108092 g =108.1 kg de charbon

—————————— 

3) La réaction CH4 + 2 O2 --> CO2 + 2 H2O libère une énergie de 37000 kJ pour 1 m3 de méthane. En supposant que le gaz naturel soit du méthane pur, quel volume de gaz naturel faut-il utiliser pour fournir l'énergie E calculée à la question 1 ?

——————————

m=Q/(37000*10^3)=3.54*10^9/(37000*10^3)=95.68 m^3

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4) La combustion d'un litre de pétrole produit une énergie d'environ 4,0.10^4 kJ. Quel volume de pétrole faut-il utiliser pour fournir l'énergie E calculée à la question 1 ?

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m=Q/(4.0*10^4*10^3)=3.54*10^9/(4.0*10^4*10^3)=88.5 L  

[marionmmb]

Bonjour, merci de votre réponse.

 

Pouvez vous m'expliquer pourquoi dans la question 1, dans la partie m*∆H, on retrouve deux fois 1000 ? Je suis un peu perdue..

[Barbidoux]

On pourra admettre qu'un litre d'eau a une masse de 1 kg. La masse atomique du carbone est égale à : 12 g.mol^-1.

On donne les capacités thermiques massiques de l'eau sous forme liquide : 4,18.10^3 J.kg^-1.K^-1 et sous forme gazeuse : 1,90.10^3 J.kg^-1.K^-1.

Sous la pression atmosphérique normale, l'eau se transforme en vapeur à 100°C et l'enthalpie de vaporisation massique de l'eau, sous la pression atmosphérique normale est égale à 2257 kJ.kg^-1.

On donne : c = 3,00.10^8 m.s^-1.

 

Dans les centrales thermiques, on chauffe de l'eau soit grâce à la combustion d'un combustible fossile, soit grâce à la fission de l'uranium 235. La vapeur d'eau est envoyée, sous pression, sur une turbine qui, à son tour, entraîne l'alternateur qui produit le courant électrique.

 

1) Quelle énergie E faut-il fournir à 1m^3 d'eau (soit ≈ 1000 kg), pris à 20°C, pour le transformer en vapeur d'eau à 600°C sous une pression de 1 bar.

——————————

trois étapes passage de l’eau de 20 à 100°, évaporation, passage de la vapeur de 100 à 600°c

Q=m*ceL*∆T1+ m*∆H+m*ceg*∆T2

∆T1=100-20=80

∆T2=600-100=500

Q=1000*4.18*10^(3)*80+1000*2257*1000+1000*1.9*10^3*500

=3.54*10^9 J

[manon3101]

Bonjour,

Je n'arrive pas l'exercice 5 (a, b, c) de ce devoir est il possible d'avoir de l'aide.

Merci d'avance