Exercice 1 - Changements d'état de la glace · Bac STI2D Physique-Chimie et Mathématiques Métropole Candidat libre remplacement 2021

EXERCICE 1: préparation d’un échantillon de glace

(physique-chimie et mathématiques)

ICE MEMORY est un programme international qui vise à constituer des archives de la composition de l'air, pour analyser les évolutions et leur impact sur le climat. Il s'agit de collecter des carottes de glace des glaciers à forte valeur scientifique parmi les plus exposés au changement climatique et de les stocker en Antarctique pour les scientifiques des générations futures.

Source: www.cnrs.fr

Les analyses réalisées sur les carottes de glace permettent de mesurer les variations passées du climat, de l'environnement et, tout particulièrement, de la composition atmosphérique grâce aux micro-bulles piégées dans la glace: variations de la température, des concentrations atmosphériques des gaz à effet de serre, des émissions d'aérosols naturels ou de polluants d'origine humaine.

Source: www.ice-memory.org

Afin d'effectuer des analyses de l'eau constituant la carotte, on fait fondre une tranche de carotte de glace de forme cylindrique de $1{,}0\text{ cm}$ d'épaisseur et $10\text{ cm}$ de diamètre à l'aide d'un appareil de chauffage de puissance $P_0 = 500\text{ W}$.

Données:

- masse volumique de la glace:

$\rho_{\text{glace}} = 917\text{ kg}\cdot\text{m}^{-3}$

- capacité thermique massique de la glace:

$c_{\text{glace}} = 2{,}06\text{ kJ}\cdot\text{kg}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$

- capacité thermique massique de l'eau liquide:

$c_{\text{eau}} = 4{,}18\text{ kJ}\cdot\text{kg}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$

- énergie massique de fusion de la glace:

$E_{m,\text{fus}} = 333\text{ kJ}\cdot\text{kg}^{-1}$

- volume $V$ d'un cylindre de surface de base $S$

1.

Déterminer la valeur de la masse de la tranche de glace.

2.

Montrer qu'une énergie totale d'environ 37 kJ est nécessaire pour:

– chauffer cette glace, initialement à $-40\text{ }^\circ\text{C}$;

– la faire fondre;

– et porter l'eau liquide obtenue à $25\text{ }^\circ\text{C}$.