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A expérimentale Activité Vaporisation de l’eau TSTI2D
Capacités : - Différencierles différentes transformations liquide-vapeur pour l'eau: évaporation, ébullition - Associer un changement d'état au niveau macroscopique à l'établissement, ou à la rupture,
d'interactions entre entités au niveau microscopique Réfléchissons un peu avant de commencer…
En vous aidant du document ci-dessous, répondre aux questions suivantes :
Le bon taux d'humidité dans une maison
Pour le confort et le bien-être, le taux d’humidité de l’air ambiant dans la maison doit être compris entre 40 et 50 %. Quelles sont les solutions pour moduler l’hygrométrie de son intérieur ?
L’hygrométrie correspond à la quantité de vapeur de vapeur d’eau présente dans l’air par rapport à la quantité maximale que peut contenir cet air. Ainsi, une humidité relative de 100% indique que l’air est saturé en eau. Pour chaque température, il existe une quantité maximale de vapeur d’eau que l’air peut contenir (voir tableau ci-dessous).
Trop sec, l’air agresse les muqueuses nasales et irrite les voies respiratoires. Le manque de ventilation, le chauffage et la climatisation assèchent l’air ambiant. Ainsi, il est fréquent en hiver, dans les maisons trop chauffées et peu aérées, de voir le taux d’humidité chuter. Dans ce cas, il est conseillé d’utiliser un humidificateur à air chaud pour la chambre de bébé, l’air chaud et humide aidant à respirer.
Il faut savoir que chacun d’entre nous rejette deux litres d’eau par jour sous forme de vapeur, en respirant et en transpirant. Les travaux ménagers rejettent aussi de l’eau : en cuisinant, en faisant sécher son linge, en prenant une douche... Au-dessus d’un taux d’humidité de 50 %, l’air chargé en vapeur d’eau se condense sur les surfaces froides (papier peint, encadrement de fenêtre), créant un environnement favorable à la prolifération des moisissures.
Les conseils : renouveler l’air de la maison, tous les jours, toute l’année. Adopter quelques réflexes simples pour que le taux d’humidité ne monte pas en flèche : garder le couvercle sur les casseroles, ouvrir la fenêtre en cuisinant et après la douche, sécher le linge si possible à l’extérieur ou dans un local bien aéré...
Quels sont les 3 états de l’eau ? Sous quel état se trouve l’eau dans l’air ? Compléter le diagramme ci-contre en donnant le nom des
états et des changements d’état manquants.
Comment évolue la quantité maximale d’eau dans l’air quand la température augmente ?
Dans une chambre de 50 m3 où l’humidité relative est de 40%, déterminer le volume d’eau contenu dans l’air à 20°C.
Données à 20°C : masse volumique de l’air : ρair ≈ 1,2 kg.m-3 massevolumiquedel’eau :ρeau ≈1,0.103 kg.m-3 Que se passe-t-il sur les parois des vitres en hiver lorsque l’humidité relative à l’intérieur d’une pièce est trop importante?
Un premier mode de vaporisation : l’évaporation
Problématique : l’eau qui s’évapore reçoit-elle ou cède-t-elle de l’énergie au milieu extérieur ? Observer l’expérience réalisée au bureau.
Schématiser le montage en le légendant.
Noter l’évolution des températures relevées par les deux thermomètres au démarrage de la ventilation.
Quelle transformation l’eau imbibant le coton subit-elle sous l’effet de l’air chaud ? Une ébullition est-elle nécessaire pour vaporiser un liquide ?
Répondre à la problématique.
Température de l’air (°C) 10 15 20 Masse maximale de vapeur d’eau
que peut contenir 1 kg d’air (g) 5,40 7,63 10,64
D’après http://www.oositoo.com/blog/index.php/2007/10/18/1334-humidite-maison
http://lefevre.pc.free.fr
Un second mode de vaporisation : l’ébullition
Problématique : la température de l’eau évolue-t-elle de manière affine lors de la vaporisation ?
Introduire dans un ballon 150 mL d’eau distillée en prenant soin de ne pas en mouiller les parois externes du ballon. Placer le ballon dans le chauffe-ballon.
Placer une sonde de température et mettre en marche forcée le chauffe-ballon.
Schématiser le montage en le légendant.
Relever les valeurs de température chaque minute à partir de 50 °C et compléter le tableau ci-dessous :
t(min) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9
Θ(°C) 50,0
t (min) 9,5 10 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 19,5 Θ (°C)
Noter le temps et la température du début d’ébullition.
Tracer la courbe θ = f(t). Repérer sur cette courbe le début de l’ébullition.
Quel est l’effet de la chaleur apportée par le chauffe-ballon dans la première partie de la courbe ? Quel est l’effet de la chaleur apportée par le chauffe-ballon dans la seconde partie de la courbe ? Répondre à la problématique.
Application : la pompe à chaleur
Problématique : comment expliquer les échanges de chaleur dans une pompe à chaleur ? Sur le schéma ci-contre est représenté le
principe d’une pompe à chaleur. Dans ce type d’installation, un fluide circule entre deux échangeurs de chaleur :
- un évaporateur (1) où le fluide passe de l’état liquide à l’état gazeux.
- un condenseur (4) où le fluide passe de l’état gazeux à l’état liquide.
Compléter le schéma avec les termes « Qreçue
par le système » et « Qcédée par le système ».
En utilisant les résultats des expériences précédentes, répondre à la problématique.
Application : la cocotte-minute
Problématique : Comment expliquer qu’un autocuiseur cuise plus rapidement les aliments ? Observer l’expérience réalisée au bureau.
Schématiser le montage en le légendant.
Les mesures ci-dessous ont été réalisées avec le montage précédent. Faire une mesure de la pression sous la cloche à vide pour une température de l’eau à 85 °C et compléter le tableau ci-dessous :
Patm (atm) 0,28 0,35 0,41 0,65
Θéb (°C) 70 75 80 85 90
Comment évolue la température d’ébullition de l’eau en fonction de la pression qui règne au-dessus du liquide?
Est-il juste d’affirmer que l’eau bout à 100 °C ? Que faut-il préciser ?
Répondre à la problématique sachant que la pression à l’intérieur d’un autocuiseur peut atteindre jusqu’à 2 bar.
Conclusions
Rédiger avec le professeur une conclusion.
Je ne comprends toujours pas pourquoi
on appelle ça
« cocotte-minute » !
http://lefevre.pc.free.fr
