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b) l’état métastable.Cet état est liquide mais par apport à son environnement il ne devrait pas l’être.L’acétate de sodium...
2/ Expérience 1 : Mesure de la chaleur libérée par la chaufferettea)l’étalonnage du calorimètreNous avons étalonné le calo...
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Bilan Energétique :Chaleur reçue par le calorimètre+chaleur reçue par l’eau+chaleur donnée par lasolidification de l’éthan...
Nous constatons que la chaleur fournie par la chaufferette à l’eau environnantdépend de la température de l’eau à chauffer...
Solution titrante :                        ion oxonium                       Agitateur                       magnétiqueSol...
La courbe du pH en fonction du volume est :Pour déterminer le volume équivalent nous avons calculé la dérivée du pH enfonc...
On lit sur la courbe volume équivalent = 12,0 mL. On peut donc trouver laconcentration d’ion éthanoate dans une chaufferet...
V/ CONCLUSIONPour chauffer une maison de 100m² il faudrait 450kg d’acétate par jour.Il faudrait donc 45 tonnes pour pouvoi...
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C'génial soleil en stock

  1. 1. Soleil en stock ! Images SDOProfesseur Philippe JEANJACQUOT Elèves Rudy BRACHET Théophile DUCATEZ Clément GUYOT Mustapha OZCAN
  2. 2. Soleil en stockNous avons remarqué que les panneaux solaires thermiques sont biendimensionnés pour chauffer l’eau sanitaire de manière autonome au printempset en automne. En été, une quantité non négligeable d’énergie captée (nonstockée) est inutilisée et donc gaspillée. Nous nous sommes donc demandéscomment stocker cette énergie gaspillée en été et pouvoir la réutiliser, parexemple, en hiver.Afin d’y arriver une expérience spectaculaire peut être utilisée .Une réactionexo thermique: «La solidification de l’acétate de sodium» 2
  3. 3. I-informations sur l’acétate de sodium330 kJ/kg c’est le rapport d’énergie libérée par la solidification sur la masse(nous l’avons déterminé expérimentalement)La température de fusion de l’acétate de sodium est de 54°C.L’acétate de sodium a la propriété de rester liquide même en dessous de 54°C,c’est un état métastable. Dans cet état l’acétate de sodium peut redevenirsolide, si on le met en contact avec des cristaux d’acétate de sodium solide. Lesphotos ci-dessous sont espacées de 2 secondes. Le tube à essais contient del’acétate de sodium liquide à 20°C, on y introduit un cristal d’acétate de sodium,l’ensemble se cristallise en libérant de l’énergie.Pour que l’acétate redevienne liquide, il faut le chauffer de nouveau. Il peutainsi stocker à nouveau de l’énergie.Une autre méthode pour le solidifier lorsqu’il est à l’état métastable estd’exercer une forte pression, c’est ce qui est fait dans les chaufferettes. (voir leparagraphe sur les chaufferettes chimiques) 3
  4. 4. I/PROBLEMATIQUENotre choix portait sur le développement durable :Comment utiliser l’énergie solaire produite en excès en été ?II/POURQUOI ?On constate qu’il y a un surplus d’énergie en été (capté par les panneauxsolaires ) qui n’est pas conservé et donc gaspillé.Nous avons voulu chercher comment conserver cette énergieIII/QUANTITE D’ENERGIE PRODUITE PAR DES PANNEAUX SOLAIRES Les panneaux solaires sont situés à Lyon avec un angle de 40° et une exposition plein Sud. Le gisement solaire (qui se mesure en kWh/m²/an) est de environ 1400 kWh/m²/an à Lyon. Gisement solaire en France selon les régions (Source ADEME) 4
  5. 5. Production d’énergie d’un panneau solaire situé à Lyon avec un angle de 40° (source INES) La différence de production entre le mois de juillet et le mois de janvier est de 166 kWh/m². On peut en déduire qu’il y a un surplus d’énergie par rapport à la consommation en été alors qu’il y a une forte consommation et une faible production en hiver.IV/CHOIX 1 : UTILISER DES CHAUFFERETTES CHIMIQUES.1/qu’est ce qu’une chaufferette ?a)Constitution.Une chaufferette est une « poche » hermétique contenant de l’éthanoate desodium. Celle-ci n’est pas en contact avec l’air. Chaufferette 5
  6. 6. b) l’état métastable.Cet état est liquide mais par apport à son environnement il ne devrait pas l’être.L’acétate de sodium à température ambiante (20°C) est normalement solide. Enle chauffant au dessus de 54°C (celui-ci devient liquide et le reste en serefroidissant en dessous de 54°C. Il ne redevient solide que s’il entre en contactavec de l’éthanoate de sodium solide , avec une pression importante ou avecune température très basse(-120°C).Ce changement d’état rend donc del’énergie cest-à-dire il « produit » de la chaleur.c)le fonctionnement de la chaufferette.La chaufferette contient de l’acétate de sodium et une pastille. Lorsquel’acétate est liquide on fait claquer la pastille qui exerce une pression entrainantle changement d’état. Résultat l’acétate devient solide et produit une chaleurcorrespondant à la solidification. La température de l’acétate passe alors à 54°C(durant 15 min). Chaufferette 6
  7. 7. 2/ Expérience 1 : Mesure de la chaleur libérée par la chaufferettea)l’étalonnage du calorimètreNous avons étalonné le calorimètre : Pour cela nous avons mis dans un premiertemps 200mL d’eau dans le calorimètre, nous avons attendu que latempérature se stabilise, elle était de 20°C. Dans un deuxième temps nousavons mis 200mL d’eau chaude à 55°C.eau chaude 55°C 200mL La température finale n’est pas égale à 35°C car le calorimètre récupère uneeau froide à 20°C 200mL partie de la chaleur de l’eau.La chaleur donnée par l’eau chaude est reçue par l’eau froide et le calorimètre.Ce qui se traduit par le calcul suivant. MefC (θ final – θ initial f)+k( θ final - θ initial f ) + MecC (θ final - θ initial c)= 0 ;Dans ce cas, tout est connu sauf k K= MefC (θ final – θ initial f) + MecC (θ final - θ initial c)/(θif-θf) . . . . . .Soit = . .Et on obtient : k=8,0.102 J.K-1, cest-à-dire que le calorimètre récupère ou donne cette énergielorsque sa température augmente ou diminue de 1°C 7
  8. 8. Calorimètre utilisé pour nos expériencesb)Mesure de la chaleur libérée par l’éthanoate de sodium.En utilisant le même montage expérimental, nous introduisons v=500mL d’eauà l’eau et une chaufferette dans le calorimètre. On laisse la températures’équilibrer, on la mesure : θi=21.7°COn déclenche la solidification de l’éthanoate de sodium grâce à la pastillemétallique. On observe l’évolution de la température et on note la températurefinaleθf=27.1°C 8
  9. 9. Bilan Energétique :Chaleur reçue par le calorimètre+chaleur reçue par l’eau+chaleur donnée par lasolidification de l’éthanoate d’éthyle=0Ce qui donne : MefC (θ final – θ initial f)+k( θ final - θ initial f ) + Mc.Lf= 0 ; – − −On exprime Lf en fonction du reste : = , . , − , − , − ,On remplace : = soit Lf=-330kJ/Kg .(le signe – signifie que la chaleur est donnée par l’éthanoate de sodium) 27,7 26,7 25,7 24,7 degré (celsius) Degré (Celsius) 23,7 22,7 21,7 0 100 200 300 400 500 600 Variation de la température en fonction du temps dans un calorimètrec)Question : Est-ce que la chaleur libérée va changer en fonction de latempérature de l’eau ?Pour 500mL : température initiale 4.8°C Tmax 9.0°C ΔT=4.2°C 18.9°C 21.6°C ΔT=2.7°CCmΔt (=capacité thermique ( en joules /kg/°C) * la masse( en kg)*la variation dela température).Dans le premier cas : 4180*0.5*4.2=8000 JDans le deuxième cas : =4000J 9
  10. 10. Nous constatons que la chaleur fournie par la chaufferette à l’eau environnantdépend de la température de l’eau à chauffer. Ce qui est contradictoire avec lefait que la chaufferette stocke toujours la même quantité d’énergie, et quecette quantité correspond à la chaleur de changement d’état libérée lors de lasolidification de l’éthanoate d’éthyle.Une des hypothèses que nous voulons tester et de ne pas négliger la chaleurconsommée par l’éthanoate d’éthyle lorsqu’il passe de la température de l’eauà chauffer à sa température de solidification.3/ dosage de l’ion acétate dans une chaufferetteNous nous sommes demandés si l’acétate de sodium était pur dans unechaufferette, pour pouvoir vérifier nous avons réalisé cette expérience :Nous avons dosé la concentration de l’ion éthanoate CH3COO- avec l’ionoxonium H30+, pendant le dosage nous avons mesuré le pH. Nous avons pris :CH3COO- à 8,1 g/L et la concentration en [H30+] à 10-1 mol/L. Le montage dudosage est : 10
  11. 11. Solution titrante : ion oxonium Agitateur magnétiqueSolution titrée :ionacétate pHmètre 11
  12. 12. La courbe du pH en fonction du volume est :Pour déterminer le volume équivalent nous avons calculé la dérivée du pH enfonction du volume d’acide ajouté, dpH=DERIV(pH,Volume) on obtient cettecourbe : Véq = 12,0 mL 12
  13. 13. On lit sur la courbe volume équivalent = 12,0 mL. On peut donc trouver laconcentration d’ion éthanoate dans une chaufferette avec cette formule :[H 3 O + ] .Véq = [CH3 COO- ].V − [ H 3 O + ].Véq[CH 3COO ] = V 1,0.10 −1 * 12,0.10 −3[CH 3 COO − ] = 20.10 −3[CH 3COO− ] = 6.10−2 mol.L−1 = 4.9 g/L 4 .9P% = * 100 8P% = 61%Le dernier calcul nous permet de connaître le pourcentage d’acétate de sodiumdans une chaufferette, on peut donc en déduire qu’il y a 61% d’acétate et 39%d’autre chose principalement de l’eau.4/Quel quantité d’énergie est nécessaire pour se chauffer en fonction dessaisons?En hiver il faut environ 50kw.h/m² pour une maison de 100m² cest-à-dire150MJ. En été il faut il faut à peut près 7kw.h/m² donc 700kw/h.5/Comparaison, 45 tonnes !!!Il faut 50kw.h/m2 en hiver dans une maison de 100m2 ce qui équivaut à5000kw/h soit 150MJ. On sait que la chaufferette produit 330kJ/kg (mesure)cequi fait donc 450kg/jours ou 45t pour l’hiver (100 jours). 13
  14. 14. V/ CONCLUSIONPour chauffer une maison de 100m² il faudrait 450kg d’acétate par jour.Il faudrait donc 45 tonnes pour pouvoir chauffer la maison pendant 100 joursce qui est une quantité énorme pour une si petite durée de chauffage et ilfaudrait donc un énorme endroit de stockage. Cette quantité pourrait êtrestockée dans une piscine creusée de taille standard. Imaginez donc unedeuxième piscine creusée en dessus de chez vous pour vous chauffer ne serait-ce que cent jours. Cette manière de se chauffer pourrait être utilisée commesupplément de chauffage pendant l’hiver en utilisant par exemple des réservoirsde quelques centaines de litre.Le chauffage à l’acétate de sodium ne serait pas une alternative aux énergiesfossiles car il ne produit pas une quantité suffisante de chaleur. De plus ce n’estpas une source d’énergie primaire, elle sert juste à stocker l’énergie solaire.Nous étudions également d’autres pistes, comme par exemple utiliser unmoteur (type Stirling) pour produire de l’électricité à partir de l’eau chaudeestivale. Une autre piste serait de chauffer le sol, des cailloux, de la terre oud’utiliser la chaleur de dissolution (comme celle du chlorure de potassium) pourstocker l’énergie. Ses pistes sont en cours de test, elles ont été filmées et serontmontrées dans le clip vidéo réalisé pour le concours C’Génial. 14
  15. 15. Remerciements : 15

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