Bonjour, j'ai un exercice de physique-chimie que j'ai fait entièrement, mais je trouve que les résultats ne sont pas réalistes (1,84 kg pour une plaque de givre de 2 mm d'épaisseur, et plus d'une heure pour dégivrer une voiture). Ai-je fait une erreur quelque part ? Si oui, à quel calcul ? Voici l'énoncé et mes réponses : La résistance de dégivrage sur la lunette arrière d’une voiture est un fil conducteur fin et de couleur noire ou rouge. Il serpente le long de la vitre, de façon à la couvrir d’un maximum de stries parallèles sans gêner la visibilité du conducteur.
Ce fil est un conducteur ohmique : il convertit l’énergie électrique qu’il reçoit en chaleur (transfert thermique d’énergie). Lors du fonctionnement du dégivrage, l’intensité du courant qui traverse le fil est I, la résistance du fil est R et la tension à ses bornes est U. Ces trois grandeurs sont reliées par la loi d’Ohm : U = R.I.
Données pour l’exercice :
Pour un véhicule familial standard : R = 1,5 Ω et U = 12 V ;
Pendant une durée notée Δt, l’énergie électrique consommée par le fil est : Ee = U.I. Δt ;
Energie massique de fusion de l’eau : Lfusion = 333 kJ.kg^-1 ;
Masse volumique de l’eau solide (glace) : ρ = 9,20x102 kg.m^-3 ;
Surface de la lunette arrière : S = 1,0 m^2 ;
Epaisseur de la couche de givre (glace) : e = 2,0 mm.
a) A l’aide de la loi d’Ohm exprimer puis calculer l’intensité I du courant qui passe dans le fil lors du fonctionnement du dégivrage.
U=R.I
donc I=U/R
I=12/1,5
I=8 A
L’intensité I du courant est de 8 ampères.
b) Exprimer puis calculer le volume V (en m^3) de la couche de givre sur la lunette arrière. Attention aux unités.
V=L*l*e
V=1*1*(2*10^-3)
V=2*10^-3 m^3
Le volume V de la couche de givre sur la lunette arrière est de
2×10−3 m^3, ce qui représente 2 dm^3.
c) Nommer le changement d’état permettant d’éliminer ce givre et indiquer son caractère endothermique ou exothermique.
Le changement d’état permettant d’éliminer ce givre est la fusion, qui est une transformation endothermique car le système prend de l’énergie à l’extérieur.
d) Exprimer puis calculer l’énergie Q nécessaire pour faire disparaître le givre.
=m/V
donc m=×V
m=(9,2*10^2)*(2*10^-3)
m=1,84 kg
La masse de la couche de givre est de 1,84 kg.
Q=m*Lfusion
Q=1,84*333
Q=612,72 kJ
Q=612720 J
L’énergie Q nécessaire pour faire disparaître le givre est de 612720 joules.
e) En supposant que toute l’énergie électrique Ee se transforme en énergie thermique Q servant à dégivrer la lunette arrière, exprimer la relation entre Q et Ee.
Q=Ee
En supposant que toute l’énergie électrique Ee se transforme en énergie thermique Q servant à dégivrer la lunette arrière, les valeurs de l’énergie thermique Q et l’énergie électrique Ee sont égales.
f) A l’aide de l’expression précédente, exprimer puis calculer la durée Δt nécessaire pour le dégivrage complet de la lunette arrière.
Ee=U.I.∆t
donc ∆t=Ee/(U.I)
∆t=612720/(12*8)
∆t=6382,5 s
∆t=1 h 46 min 23 s
La durée ∆t nécessaire pour le dégivrage complet de la lunette arrière est d’1 heure, 46 minutes et 22 secondes.
Ce fil est un conducteur ohmique : il convertit l’énergie électrique qu’il reçoit en chaleur (transfert thermique d’énergie). Lors du fonctionnement du dégivrage, l’intensité du courant qui traverse le fil est I, la résistance du fil est R et la tension à ses bornes est U. Ces trois grandeurs sont reliées par la loi d’Ohm : U = R.I.
Données pour l’exercice :
Pour un véhicule familial standard : R = 1,5 Ω et U = 12 V ;
Pendant une durée notée Δt, l’énergie électrique consommée par le fil est : Ee = U.I. Δt ;
Energie massique de fusion de l’eau : Lfusion = 333 kJ.kg^-1 ;
Masse volumique de l’eau solide (glace) : ρ = 9,20x102 kg.m^-3 ;
Surface de la lunette arrière : S = 1,0 m^2 ;
Epaisseur de la couche de givre (glace) : e = 2,0 mm.
a) A l’aide de la loi d’Ohm exprimer puis calculer l’intensité I du courant qui passe dans le fil lors du fonctionnement du dégivrage.
U=R.I
donc I=U/R
I=12/1,5
I=8 A
L’intensité I du courant est de 8 ampères.
b) Exprimer puis calculer le volume V (en m^3) de la couche de givre sur la lunette arrière. Attention aux unités.
V=L*l*e
V=1*1*(2*10^-3)
V=2*10^-3 m^3
Le volume V de la couche de givre sur la lunette arrière est de
2×10−3 m^3, ce qui représente 2 dm^3.
c) Nommer le changement d’état permettant d’éliminer ce givre et indiquer son caractère endothermique ou exothermique.
Le changement d’état permettant d’éliminer ce givre est la fusion, qui est une transformation endothermique car le système prend de l’énergie à l’extérieur.
d) Exprimer puis calculer l’énergie Q nécessaire pour faire disparaître le givre.
=m/V
donc m=×V
m=(9,2*10^2)*(2*10^-3)
m=1,84 kg
La masse de la couche de givre est de 1,84 kg.
Q=m*Lfusion
Q=1,84*333
Q=612,72 kJ
Q=612720 J
L’énergie Q nécessaire pour faire disparaître le givre est de 612720 joules.
e) En supposant que toute l’énergie électrique Ee se transforme en énergie thermique Q servant à dégivrer la lunette arrière, exprimer la relation entre Q et Ee.
Q=Ee
En supposant que toute l’énergie électrique Ee se transforme en énergie thermique Q servant à dégivrer la lunette arrière, les valeurs de l’énergie thermique Q et l’énergie électrique Ee sont égales.
f) A l’aide de l’expression précédente, exprimer puis calculer la durée Δt nécessaire pour le dégivrage complet de la lunette arrière.
Ee=U.I.∆t
donc ∆t=Ee/(U.I)
∆t=612720/(12*8)
∆t=6382,5 s
∆t=1 h 46 min 23 s
La durée ∆t nécessaire pour le dégivrage complet de la lunette arrière est d’1 heure, 46 minutes et 22 secondes.
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