Exercices

Exothermique ou endothermique

Indiquer la nature exothermique ou endothermique des transformations suivantes (le système considéré est entre parenthèse) :

  • Compression d'un gaz (gaz dans une pompe à vélo)
  • Cuisson des crêpes (crêpe)
  • Fonte d'un glaçon (glaçon)
  • Combustion du bois (bois)

CORRECTION

  • Compression d'un gaz : EXOTHERMIQUE (on sent que la pompe "chauffe")
  • Cuisson des crêpes (crêpe) : ENDOTHERMIQUE (la crêpe "prend" de la chaleur pour cuire)
  • Fonte d'un glaçon (glaçon) : ENDOTHERMIQUE
  • Combustion du bois (bois) : EXOTHERMIQUE

Lorsqu'une réaction est ENDOTHERMIQUE le système RECOIT de l'énergie donc Q>0.

Lorsqu'une réaction est EXOTHERMIQUE le système CÈDE de l'énergie donc Q>0.

Pouvoir calorifique

pouvoir calorifique de quelques combustibles
  1. Calculer l'énergie libérée par une bouteille de 13 kg de propane.
  2. Quelle énergie libère 1L d'éthanol de masse volumique 0,79 kg/L.
  3. La combustion de 600g d'un combustible libère 25 500 kJ. De quel combustible peut-il s'agir ?

CORRECTION

1) On sait que E = PC x m d'où E = 45,8 MJ/kg x 13 kg = 595 MJ

2) On sait que E = PC x m et m = ρ x V d'où

E = 28,8 MJ/kg x 0,79 kg/L x 1,0 L = 22,8 MJ

3) Je calcule le pouvoir calorifique du combustible :

PC = E / m d'où E = 25 500 kJ / 600 g = 25,5 MJ / 0,600 kg = 42,5 MJ/kg

Le combustible est de l'essence.

Bioéthanol ou essence ?

Masses volumique (kg/m3) : éthanol (789) ; essence (750)

Pouvoirs calorifiques (MJ/kg) : éthanol (28,8) ; essence (42,5)

Une voiture roulant au bioéthanol consomme 20% de plus qu'une voiture à essence qui consomme en moyenne 7,0 L aux 100 km.

  1. Quel volume d'éthanol consomme cette voiture aux 100 km.
  2. Quelle masse d'éthanol cela représente-t-il ?
  3. Calculer l'énergie fournie par la combustion de cette quantité d'alcool.
  4. Calculer l'énergie fournie par la combustion de l'essence pour ce trajet.
  5. Quel moteur a le meilleur rendement ? Justifier.

CORRECTION

1) D'après le document il faut 20% de plus de bioéthanol que d'essence donc :

V(bioéthanol) = 1,2 x V(essence) = 8,4 L

2) On sait que m = ρ x V donc m = 0,789 kg/L x 8,4 L = 6,6 kg

Remarque : 1 m3 = 1000 L donc 789 kg/m3 = 0,789 kg/L

3) On sait que E = PC x m d'où E = 28,8 MJ/kg x 6,6 kg = 190 MJ

4) On sait que E = PC x m et m = ρ x V d'où

E = 42,5 MJ/kg x 0,75 kg/L x 7,0 L = 223 MJ

5) Les calculs montrent que l'essence produit plus d'énergie que le bioéthanol pour un même résultat. Le moteur à essence a donc un rendement plus faible que celui au bioéthanol.

Bois humide ou bois sec

Pour chauffer une maison une famille consomme 2m3 de fioul par an. La question se pose de remplacer la vieille chaudière à fioul de rendement 80% par une chaudière à bois de rendement 90%. Le coût de cette transformation est de 6000€.


Les graphiques ci-dessous permettent de déterminer le pouvoir calorifique du bois.  

pouvoir calorifique et humidité bois

Données :

Masse volumique du fioul : 0,85 kg/L

Masse d'une stère de chêne sec : 530kg

Masse d'une stère de chêne coupée de l'année : 530kg

Pouvoirs calorifiques du fioul : 12,8 kW.h.kg-1

Prix du fioul domestique : 90,5 cts/L

Prix du bois sec (2 ans) : 870€ les 10 stères livrées.

1 kW.h = 3,6 MJ

1 kcal = 4184 J 

  1. Quelle masse de fioul est consommée chaque année.
  2. Quelle énergie est réellement fournie à la maison par cette chaudière ?
  3. Quelle énergie doit apporter la combustion du bois pour chauffer la maison qu'avec le fioul ?
  4. Déterminer le pouvoir calorifique du bois sec d'un an en kW.h.kg-1.
  5. Quelle masse de bois sec faudrait-il pour chauffer la maison ?
  6. Quel volume de bois (en stères) cela représente-t-il ?
  7. Quel coût cela représente-t-il chaque année en bois ?
  8. Calculer l'économie réalisée chaque année et la durée nécessaire pour amortir l'investissement.
  9. Expliquer l'intérêt de faire "sécher" son bois au moins 3 ans après avoir été coupé.

CORRECTION


 Leçon terminée
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