Correction TP: Ebullition de l'eau

TP Changement d’état : Ebullition de l’eau

La Cuisine: L'humidité relative, c'est la quantité d'humidité contenue dans l'air comparativement à ce qu'il pourrait contenir à une certaine température. Un taux de 100 % signifierait que l'air est saturé. A ce point, il arrive qu'on ait de la brume, du brouillard, de la rosée et des précipitations.
Lorsque l'humidité relative est de 100%, la pression de la vapeur d'eau est maximale et les premières gouttes de liquide apparaissent

Pression de la vapeur d'eau dans la cuisine : P= 0,9 x 2 104 = 1,8 104 Pa
PV = nRT si vapeur assimilée à un gaz parfait avec T= 273+18 = 281 K
n= 1,8 104 x 30 / (8,31 x 281)= 231 mol de vapeur d'eau
multiplier par la masse molaire de l'eau : 231 x 18 = 4,16 kg.

Etude d'un lave-vaisselle:

1. P(watt) = R(ohm) I² (ampère) = U² (volt) / R
R1 = 220²/2000 = 24,2 ohms R2 = 220²/ 500 = 96,8 ohms.

2. U=RI
I1 = 220/24,2 = 9,09 A. I2 = 220/96,8 = 2,27 A.

3. Phase II : énergie minimale pour chauffer 10 L d'eau de 18 à 55° : 10 x 4180 x (55-18 ) = 1,54 106 J
Puissance (watt) = énergie (J) / durée (s) ==> Durée phase II : 1,54 106 / 2000 = 773 s.
Phase IV : énergie : 10 x 4180 x (68-18) = 2,09 106 J Durée : 1045 s .

4. énergie consommées (J): somme des puissance (W) multipliée par la durée (s)
Phase II : (2000+1500) x 773 = 2,7 106 J = 2,7 106 / 3,6 106 kWh = 0,75 kWh .
Phase IV : 3500 x 1045 =3,65 106 J = 1 kWh

5. Les résistances sont alimentées par la même tension, elle sont montées en dérivation .

6. Fin du rinçage :
La cuve contient de l'eau sur les parois et dans le linge en équilibre avec de la vapeur d'eau.
la pression de la vapeur d'eau est maximale égale à 220 mm Hg à 68°C et l'humidité relative est de 100%.
Conversion de la pression en Pa : (760 mm Hg vaut environ 105 Pa) P = 220 x 105 /760 = 2,9 104 Pa
PV = nRT avec V= 0,14 m3 et T= 273+68 = 341 K ==> n = 2,9 104 x 0,14 / (8,31 x 341) = 1,43 mol d'eau
Masse d’eau : m =n x M ==> m = 1,43 x 18 = 25,8 g d'eau (sous forme vapeur)

7. à 15 ° C :
Une partie de la vapeur d'eau va se condenser : l'humidité relative reste de 100% et la pression de la vapeur d'eau est maximale égale à 13 mm Hg à 15°C.
Conversion de la pression en Pa : (760 mm Hg vaut environ 105 Pa) P =13 x 105 /760 = 1,71 103 Pa
PV = nRT avec V= 0,14 m3 et T= 273+15 = 288 K ==> n = 1,71 103 x 0,14 / (8,31 x 288) = 0,1 mol d'eau.
Répartition des masses d’eau : 0,1 x 18 = 1,8 g d'eau reste sous forme de vapeur
donc 25,8-1,8 = 24 g d'eau se condensent.

Séchage du linge :
masse de linge sec : 8,5 / 1,8 = 4,7 kg
masse de linge humide pour k = 1,2 : 1,2 x 4,7 = 5,64 kg
masse d’eau à éliminer : 8,5-5,64 = 2,86 kg .