Devoir de physique

[Snow009]

Bonjour à vous tous !

Pouvez vous m'aider avec mon devoir svp

 

Modifié le 21 mars 2023 par Denis CAMUS
Redressement de l'image

[Black Jack]

Bonjour,

Si la vitesse de refroidissement est constante sur toute la durée de l'exercice, comme c'est indiqué dans l'énoncé (bien que cela ne peut pas être correct).

... alors sur les 10 + 2 = 12 minutes que dure l'exercice, le refroidissement a été de 0,1 * 12 = 1,2 °C

Si il n'y avait pas eu ce refroidissement, la température finale aurait été 16,8 + 1,2 = 18 °C

On peut donc calculer la quantité d'eau ajoutée pendant les 10 minutes en faisant comme si il n'y avait pas de refroidissement et qu'on partait de 280 + 20 = 300 g d'eau à 16°C (cela tient compte de la valeur en eau du calorimètre)
... et qu'on ajoutait une masse M (en grammes) d'eau à 20 °C et que le résultat final était une masse (300 + M) grammes d'eau à 18 °C

... Le calcul est alors évident et devrait amener à une masse d'eau ajoutée M = 300 g

[Snow009]

Merci beaucoup mais je comprends pas trop la partie de 280 +20 et 10+2

[Black Jack]

La valeur en eau du calorimètre est de 20 grammes ...

Cela signifie que, thermiquement, le calorimètre se comporte comme 20 g d'eau.

Donc un calorimètre de valeur en eau 20 g contenant 280 g d'eau, cet ensemble (eau + calorimètre) se comporte thermiquement comme 300 g d'eau seule.

Donc, au départ , on a un calorimètre de valeur en eau 20 g contenant 280 g d'eau, le tout à 16°C ... 

Et cet ensemble se comporte comme 280+20 = 300 g d'eau à 16°C.

Donc au départ (avant de verser l'eau supplémentaire), on est équivalent à 300 g d'eau à 16°C

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On verse en plus une masse M(en grammes) d'eau, on a alors au final l'équivalent de 280 + 20 + M = 300 + M grammes d'eau (et ceci tient compte du calorimètre)

Cette masse totale se retrouve au final à 16,8 °C

MAIS il faut tenir compte que cette température de 16,8 °C a été obtenue avec un refroidissement (perte de chaleur vers l'ambiance).

La durée de refroidissement est de 10 minutes (voir énoncé par la phrase "Après 10 min de fonction...) augmentée de 2 minutes (voir énoncé par la phrase "On verse un filet d'eau pendant 2 minutes). Donc la durée totale de refroidissement est 10 + 2 = 12 minutes.

Comme le refroidissement est de 0,1 °C/min, le refroidissement total a été de 0,1 * 12 = 1,2 °C

Donc si il n'y avait pas eu de refroidissement, la température finale aurait été 16,8 + 1,2 ° = 18 °C

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Donc tout se passe comme si, on n'avait pas de refroidissement et qu'on partait de 300 g d'eau à 16°C pour au final avoir une masse d'eau de (300+M) grammes à 18 °C

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Tu peux donc calculer la masse M d'eau ajoutée comme si on n'avait pas de refroidissement et qu'on partait de 300 g d'eau à 16°C pour au final avoir une masse d'eau de (300+M) grammes à 18 °C

 

 

 

 

 

 

 

[Snow009]

Oh merci beaucoup 

C'est M que l'on recherche pour pouvoir additionner avec 300

[Black Jack]

Bonjour,

Il y a une autre manière d'aborder l'exercice ... qui donne un résultat différent.

Voila cette autre manière :

Au départ, on a l'équivalent de 280 + 20 = 300 g d'eau à 16°C

On attend 10 min pendant lesquelles, le température descend de 10*0,1 = 1 °C

A ce moment, on a donc l'équivalent de 300 g d'eau à 16-1 = 15 °C

On ajoute sur 32 min une masse M d'eau à 20 °C ... et la température finale est 16,8°C.
Mais pendant les 2 minutes, il y a eu un refroidissement de 2*0,1 = 0,2 °C
Et donc sans ce refroidissement, la température finale aurait été de 16,8 + 0,2 = 17 °C

On peut donc considérer que, si on n' avait pas ce refroidissement, juste avant l'ajout de la masse M (en grammes) d'eau, on aurait eu 300 g d'eau à 15°C et après ajout de l'eau, on aurait (300 + M) grammes d'eau à 17 °C

On a donc : 300 * 15 + M * 20 = (M + 300)*17
...qui donne M = 200 g
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Par la méthode donnée au début, on aurait trouvé : 300 * 16 + M * 20 = (M + 300) * 18
... qui donne M = 300 g
****************

Pas très satisfaisant d'avoir 2 réponses (très) différentes suivant le raisonnement fait.

Je laisse ouverte la discussion sur le sujet à celui qui le désire.

Je me contente de mentionner que cet exercice n'est pas le moins du monde réaliste et que c'est une des raisons qui peut amener des raisonnements différents... et des réponses différentes aussi.

Un calorimètre qui se refroidirait à une telle "vitesse" est impensable sauf si il était dans un ambiance extrêmement froide.
De plus, même dans ce cas, la vitesse de refroidissement ne peut pas être constante avec le temps et doit également varier à cause de l'ajout de l'eau, puisqu'on modifie alors assez fortement la capacité thermique massique de l'ensemble calorimètre + eau sans modifier beaucoup la résistance thermique de l'ensemble vers l'ambiance (et donc cela doit modifier la constante de temps de refroidissement)

Bref, j'attends les réactions éventuelles sur cet exercice ... si il y a des volontaires.

[Snow009]

Oui c'est car j'ai un livre où il y'a cet exercice et la réponse est 200g 

Merci infiniment