[T°S] Exercice : Autonomie en mission spatiale

Bonjour !

J'ai un exercice à faire et j'ai des difficultés à le faire alors toute aide est bienvenue

C'est un exercice avec des documents où il faut prendre des initiatives et expliquer sa démarche pour répondre à la problématique.

Voici l'énoncé et les documents :

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Alors bien sur je vais déjà vous dire ce que j'ai essayé de faire :

J'ai d'abord calculer la tension totale exercée entre les électrodes des 31 cellules : I = E/U = 140.7 A.

Ensuite, j'ai trouvé l'équation de la réaction : 2H2 + O2 -><- 2H2O pour calculer ne- = 4e- d'où Q = 4*9.65.10^4 = 386 000 C

Et donc Delta t = Q / I = 2743s = 45 min d'autonomie pour une pile donc 135 min pour les trois piles. Mais, le résultat n'est pas très cohérent, car c'est impossible d'avoir une si faible autonomie.

Après j'ai quand même essayé de déterminer le volume de la sphère (0.2m^3) et la masse maximale que peut contenir le réservoir (26.8kg) pour calculer la quantité de matière en H2 (1.34.10^5 mol) et trouver un volume V= (n.R.T) / P = 192 L

Voilà c'est ce que j'ai essayé de faire mais je pense avoir quelques trucs faux alors si vous pouvez m'aider ça serait génial !  

Merci d'avance.

Salut Je pense que @A.S.H pourra t'aider s'il passe par ici !

Salut

Okay ça marche, j'espère qu'il va passer par là alors !

Salut,
Oui je suis bien là ^^, mais actuellement (23H36) c'est un peu dure pour moi de te répondre. Je te réponds demain.

Bon je viens de lire. C'est très intéressant. Si je comprend bien finalement il n'y a pas de questions posées clairement?. "Juste faire les calculs que vous pouvez" et réfléchir à des solutions/problèmes qui pourrait avoir lieu c'est bien ça?

Encore une fois je te réponds demain sans faute. La c'est juste que je n'ai pas de matos pour te répondre. Je suis sur téléphone portable.


Ha mince mais si il y a une question ^^ je bosse dessus

Bon je viens de faire les calculs. Ce que l'on te demande c'est de calculer en réalité la production d'eau par les piles à combustible et discuter sur savoir si c'est suffisant ou non. Tu peux aussi répondre rigoureusement à la question savoir pendant combien de temps les piles peuvent fonctionner avec le stock de H2.

Tu as plusieurs étapes de calcul.

1] identifier la réaction/les réactions (tu l'a surement bien fait puisque tu as juste en disant qu'il y a un échange de 4e-). Mais il faut bien combiner tes 2 réactions d'oxydoréduction.

2] Essayer de trouver une vitesse de réaction par pile (par seconde ou n'importe quelle mesure du temps adaptée)

Pour cela tu dois démarrer à partir de ce que tu sais : Tu as une énergie en KWh (attention aux conversions), tu as une tension par pile qui correspond à la loi des tensions (0.94V *31) et tu peux décider dans quel temps tu intègre l'équation suivante.

E=U*I*Dt (delta T)

Mois j'ai pris Dt sur 1 seconde

Tu peux avec cette équation calculer I, l'intensité (Quantité de charge qui traverse ton système par unité de temps)

ton calcul devient I= E/(U*Dt)

Moi je trouve 39.08 A (le calcul est peut être à vérifier de ton côté) (attention comme ton énergie est en KWh Dt devient 3600 secondes).

Tu as maintenant toute les caractéristiques électriques de ton système de réaction. Tu peux donc calculer la quantité d'e- échangée par ton système de réaction dans la pile.

ne- *F = I*Dt

ne-= (I*Dt)/F ,en passant comme précisé plus haut, I*Dt est égale à Q

ne- = 4.05*10-4 mol d'e- (et oui ce sont des mol puisque I*Dt donne des coulombs)

Cette valeur (à vérifier) correspond aux moles d'électron échangée dans une pile (pas dans une cellule de la pile) par seconde.
on pourrait presque écrire ne-(Dt=s) 4.05*10-4 mol e-/s

Tu as donc ici une certaine cinétique/ vitesse de réaction.

3] Détermination de la production d'H2O

Tu regarde ta réaction globale et tu t'aperçois que pour un échange de 4 électrons tu produit 2 molécule d'eau.
Ce qui veut dire que ta réaction échange 4.05*10-4 mol d'e- par seconde et que donc tu produit 2.025 *10-4 mol d'H2O/ seconde en consommant 2.025 *10-4 mol d'H2/ seconde.

A partir de ce moment là tu as toute les valeurs pour calculer ta production d'eau par jour en mL en utilisant les masses molaires.
Je trouve une production de 314 ml d'eau par jour par pile, encore une fois je ne sais plus si j'ai pris en compte le rendement de la pile ou non. Donc c'est à vérifier

Après pour répondre rigoureusement à la question l'autonomie en eau tu réalise le calcul du volume de la sphère, tu calcul à l'aide de la pression et de la loi des gaz parfait le nombre de mol d'H2 et tu divise par la vitesse de consommation du H2 dans tes piles.

Si tu as d'autres questions n'hésite pas, encore une fois je n'ai peut être pas tout pris en compte alors réfléchit par toi même aux différentes étapes. J'espère que tu as compris le cheminement/raisonnement.

Salut !

Tout d'abord merci pour ta rapidité
Ensuite, j'ai regardé ta démarche et c'est vrai que maintenant que je vois les étapes je comprends mieux comment faire cet exo et comment résoudre les exos de spé physique en général.

Je me pose sur cet exercice demain après midi, en prenant en compte ton raisonnement et je reviens vers toi pour te dire ce que j'ai fais.

Encore merci !