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T STI2D Problème
Physique Chimie
La patinoire
Chap 6 : Changement d’état
Le chantier olympique vient de se terminer. Une compétition de hockey sur glace a lieu dans 24h, les techniciens viennent de répandre de l’eau sur la dalle.
Consignes de rédaction :
Formuler une problématique
La résoudre en explicitant votre démarche :
-en nommant les grandeurs physiques utilisées (titre du calcul) -en donnant les relations littérales
-en faisant apparaître les calculs nécessaires
Avoir un regard critique
Document 1 : Structure d’une patinoire intérieure
Pour former la couche de glace on dépose de l’eau froide à 15°C directement sur la dalle de béton. L’épaisseur de la glace est de 4 cm pour éviter d’abîmer cette dalle sous-jacente. Un travail de lissage de la glace est important pour que l’épaisseur soit égale sur toute la surface.
Document 2 : Caractéristique de la machine frigorifique d’une patinoire
Puissance frigorifique : 558 kW
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La patinoire
Chap 6 : Changement d’état Document 3 : Palier de changement d’état
Document 4 : Enthalpie ou chaleur latente massique de changement d’état
La chaleur latente massique de changement d'état L ( ou l’enthalpie massique de changement d’état ΔH ) est la quantité d’énergie qu’il faut fournir à 1 kg d'un corps pur pour qu’il passe de l’état initial (solide, liquide ou gazeux) à un autre état.
Document 5 : Quantité de chaleur sensible dans une même phase
Document 6 : Caractéristiques de l’eau
Capacité calorifique massique de l’eau liquide : Ceau = 4185 J.kg-1.°C-1 Chaleur latente massique de fusion : Lf = 333 kJ.kg-1
Masse volumique de la glace = 917 kg.m-3 0
15
Température (°C)
Durée du refroidissement de l’eau Apparition des premiers
cristaux de glace
Disparition de la dernière goutte d’eau liquide
Q = L x m
Energie de changement d’état
Joule (J)
Chaleur latente massique de changement d’état
( J.kg-1)
masse qui change d’état
( kg )
Q = m . C . = m . C . (
f-
i)
m : Masse du corps en kg
C : Capacité thermique massique J.kg-1.K-1
f : Température finale du corps K ou °C
i : Température initiale du corps K ou °C
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Chap 6 : Changement d’état
AIDES :
Le but est de calculer le temps nécessaire pour geler glacer l’eau de la patinoire pour savoir si elle sera prête le match dans 24h.
Pour cela :
1) Calculer le volume V de glace.
2) Calculer la masse m de la glace.
3) Calculer la quantité chaleur Q1 pour abaisser la température de l’eau liquide de 15°C à 0°C.
4) Calculer la quantité chaleur Q2 de changement d’état pour geler l’eau.
5) En déduire l’énergie totale nécessaire pour former la glace 6) Calculer la durée t pour glacer l’eau de la patinoire.
7) Conclure par rapport à votre problématique.
