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Chaqueréponsedevraêtrerédigée.Ondéterminerad'abordlesrelationslittéralesetonferaensuitelesapplicationsnumériques(aucunpointneseraattribuépourlescalculs intermédiaires).Chaquerésultatdoit être accompagné de son unité et donné avec un nombre de chiffres significatifs cohérent avec lesdonnées.
Cesujetportesurlaproductiond’électricitésurdesbateaux,voiliersetsousmarins.Lesparties1et2sontindépendantes.PARTIE1:LesmonocoquesautourdumondeSurunvoilierparticipantàunecoursetelqueleVendée-globe,le(oula)skipperdisposedediversappareilsnécessitantunealimentationenélectricité.Ainsi,ontrouve: -undessalinisateurpourproduiredel’eaudouceàpartirdel’eaudemer; -unsystèmedepilotageautomatique; -unordinateurdebord,unsystèmedelocalisation(G.P.S.)etunsystèmedecommunication(radio); -deslampesintérieuresetfeuxdesignalisationextérieurs.Lasolutionclassiquepourdisposerd'électricitéàbordestd’utiliserunmoteurDiesel(quinedoitpasserviràlapropulsiondubateau)coupléàunalternateurpourrechargerlesbatteries.A.BesoinsenénergiepartransfertélectriqueLedocumentressourcen°1page3donnelesordresdegrandeursdespuissancesetdesduréesdefonctionnementparjourpourlesdifférentspostesdeconsommation.
A.1.Calculerl’énergieconsomméeparchaquepostedeconsommationparjourainsiquel’énergieconsommépourl’ensembledespostesparjouretcompléterledocumentréponsen°1page4.Rédigerlecalculpourunpostesurvotrecopie.
B.LemoteurDiesel
Analyserledocumentressourcen°2page3puisrépondreauxquestionssuivantes: B.1.L’undeshydrocarburesquel’ontrouvedanslegasoilestledodécanedeformulechimiqueC12H26.
Ecrire,enl’équilibrant,l’équationdelacombustioncomplètedudodécanedansledioxygènedel’air.B.2.Enmoyenne,lescoureursduVendéeglobe,emmènent50litresdegasoil.Enconsidérant,quetouslegasoilestcomposédedodécane,calculerlaquantitédematièrededodécaneembarquée.
B.3.Endéduirelaquantitédematièrededioxydedecarboneproduitesitoutlegasoilestconsommé.Vouspouvezvousaiderd'untableaud'avancement.
B.4.Calculerl’empreintecarbone(massededioxydedecarboneproduite)duvoilierlorsdelacoursesitoutlegasoilestconsommé.
Vendredi17/04/2015 DEVOIRSURVEILLEN°6 1èreS
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C:ÉTUDED’UNMODEDEPRODUCTIOND’ÉNERGIEPLUS«PROPRE».LorsdeladernièreéditionduVendéeGlobe,l’intégralitédelaflotteétaitéquipéed’aumoinsunsystèmedeproductionénergétiquealternatifquesontleséoliennes,lespanneauxsolairesouleshydrogénérateurs.Nousétudieronsicilespanneauxphotovoltaïques.Données:LapuissancereçuePreçueparunpanneaudesurface1m2danslesconditionsidéalesderayonnementestde556W.LapuissancedutransfertélectriquePelecproduitedanscesconditionsestde180W.C.1.Compléterleschémadubilanénergétiquedupanneauphotovoltaïquesurledocumentréponsen°2page4.C.2.Exprimerpuiscalculerlerendementdeconversiondupanneauphotovoltaïque.Commenter.C.3.Ons’intéresseàlasurfacedepanneaunécessaire:
C.3.1.Calculer l’énergie du transfert électrique, notéWepanneau, produite par unmètre carré depanneaupourunejournéeproposant5heuresd’unrayonnementidéal.C.3.2 Endéduire la surfacedepanneauxdevantêtre installée sur lebateaupour répondreauxbesoinsjournaliersd’unvoilier(voirquestionA.1.).C.3.3 Quel(s) paramètre(s) peuve(nt) influer sur l’énergie produite par ces panneaux solairesphotovoltaïques?
PARTIE2:Lapropulsiondusous-marin"leterrible".
D'abordpropulsépardesmoteursDiesel rechargeantdesbatteries, lessous-marinsnepouvaientpas resterenplongée très longtemps car pour utiliser leurmoteur, ils devaient obligatoirement faire surface pour évacuer les gazd'échappement desmoteurs. Tout changea avec la propulsion nucléaire : ce n'était plus la propulsion qui limitait laplongéemaislarésistancephysiquedel'équipage.
Dans cettepartie,on seproposed'étudier lemodedepropulsiondudernier sous-marinnucléaire français " leTerrible"quientrerabientôtenservice.Untel sousmarinutilisecommecombustiblede l'uraniumenrichien isotope235
92U(cetisotopeestfissile).Apartirdudocumentressourcen°3page3:
1. Equilibrerl'équationdefissiond'unnoyaud'uraniumendéterminantlenombrexdeneutronsémis.
2. Montrerquel'énergielibéréeparlafission,selonl'équation,d'unnoyaud'uraniumvaut:Elib=1,79397.10-10J.
3. Il se produit 5,15.1018 fissions par seconde. En déduire que lamasse d'uranium consomméeen 1 svaut2,01.10-3g.
Untelsous-marinestprévupournaviguerpendantuneduréede2mois.
4. Quellemasseminimale d'uranium 235 devra t-il embarquer pour assurer son approvisionnement enénergiependantcettedurée?Données:1mois=2,6.106s.
DOCUMENTS
Documentressourcen°2:
Massesmolaires:M(C)=12g/molM(O)=16g/molM(H)=1,0g/molDocumentressourcen°3Les noyaux d'uranium 235 peuvent subir différentes fissions. La plus fréquente est donnée par l'équationsuivante:
23592U+10n-->9438Sr+14054Xe+x10n
• Massedesnoyaux:
• Céléritédelalumière: c=2,99792.108m/s• Nombred’Avogadro: NA=6,02.1023mol-1• Massemolairede23592U: M=235g/mol
noyau 23592U 94
38Sr 14054Xe 1
0nmasse(kg) 3,90217.10-25 1,55915.10-25 2,30631.10-25 1,67493.10-27
DOCUMENTSREPONSES(àrendreaveclacopie)Documentréponsen°1:
Documentréponsen°2:Bilanénergétiquedupanneau
Panneau
Transfert.........................
Transfert.........................
Transfert.........................
Correctiondudevoirsurveillén°6Partie1:
A.1.LapuissancePetletransfertd’énergiesontreliéesparlarelation:P = !"!oùtestunedurée.
Oncherchel’énergieconsomméedonconvautiliserlerelationsuivante:We = P x t où la durée est exprimée en heure, la puissance en W donc l’énergie en W.h. Poste 1 : We1 = P1 x t1 = 50 x 2,0 = 100 W.h B.1.Combustioncomplètedudodécane: 2 C!"H!" + 37 O! → 26 H!O + 24 CO!B.2.Quantitédematièredegasoil:onutiliselamassevolumiqueetlamassemolairedugasoil
ρ = !!
avec m = n × M soit ρ = ! × !!
etoncherchen = ! ×!!
= !"#×!"!"#
= 2,5. 10!molilya2,5.102moldedodécanedansunvolumede50Lgasoil.B.3.QuantitédematièredeCO2formé:d’aprèsl’équationdelacombustion,ilapparait24moldeCO2quand2moldedodécanedisparaissentsoit:n(CO2)=24/2xn(C12H26)=3,0.103mol
Ils’estformé3,0.103moldeCO2lorsdelacombustionde50Ldegasoil.B.4.Empreintecarbone:m(CO2)=n(CO2)xM(CO2)=3,0.103x44=1,3.105g=1,3.102kg.
C.2.Rendementdupanneauphotovoltaïque:r = !!"!#!!"ç$"
= !"#!!"
= 0,32 soit 32 %.
C.3.1.énergieproduitepar1m2depanneau:Wepanneau=Pelecx Δt = 180 x 5 = 900 W.hC.3.2.Weconsommée=4000W.h doncpourproduire4000W.hilfaudraunesurfacetelleque:S=4000/900 = 4,4 m2.C.3.3.Laprésencedenuagesainsiquel’inclinaisondesrayonsduSoleilparrapportàlasurfacedupanneausolairepeuventfairevarierlaproductiond’énergie.Partie2:
1. d’aprèslaloideconservationdelamasse,onpeutécrire:235+1=94+140+xx1 d’oùx=2,ilyadeuxneutronsémislorsdecettefission.
2.Elibérée= ∆m ×c! avec ∆m =m(Sr)+m(Xe)+2m(n)–m(U)–m(n)=1,99607.10-27kg
d’oùElibérée=1,79397.10-11J.3.Unefissioncorrespondàladisparitiond’unnoyaud’uraniumdonclamassed’uraniumconsomméeen1sest:m(U)=5,15.1018x3,90217.10-25=2,01.10-6kg=2.01.10-3g4.Unmoiscorrespondà2,6.106sdonclamassenécessaired’uraniumpour2moisesttelleque:
m’(U)=2,01.10-3x2,6.106.2=10,4.103g=10,4kg.
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