TP2 Mesure de la chaleur thermique massique de différents matériaux

TP2 Mesure de la chaleur thermique massique de différents matériaux
1ère année BTS SCBH
TP 2 : Mesure de la chaleur thermique massique de différents matériaux
Objectif : Réaliser expérimentalement le bilan thermique d’une enceinte en régime stationnaire (extrait
du B.O).
On souhaite mesurer la capacité thermique massique de deux matériaux à l’aide d’un calorimètre.
I. Données
Matériel :
Calorimètre à vase Dewar de marque Jeulin avec sa notice technique
Balance
Pince
Béchers
Sonde thermométrique branchée au logiciel LatisPLP
Bec électrique
Échantillon d’acier porté à ϴf ≈ 100°C (renfermé initialement dans une étuve ou plongé dans de
l’eau bouillante)
Échantillon de brique réfractaire porté à ϴf ≈ 100°C (renfermé initialement dans une étuve ou plongé
dans de l’eau bouillante)
.
Rappel des relations utiles:
Un corps de masse m, passant de la température θi à la température θf échange une chaleur Q:
Q = m.ccorps. (θ
θf -θ
θi)
ccorps = capacité thermique massique = « chaleur massique », exprimée en J.kg-1.K-1 ou en J.kg-1.°C-1
ccorps dépend de la nature du corps.
capacité thermique massique de l’eau ce = 4185 J.kg-1.°C-1.
Pour l’intérieur du calorimètre qui échange une chaleur Qcalorimètre on écrit :
Qcalorimètre = C. (θf -θi) , si la température passe de θi à θf.
C = capacité thermique, caractéristique de l’objet (C inclut la masse et le c du calorimètre)
II Mesures et exploitation
Les différentes températures seront relevées lorsque les systèmes testés sont à l’équilibre thermique.
Le mélange sera homogénéisé à l’aide de l’agitateur du calorimètre.
Les volumes d’eau seront estimés approximativement à l’aide des graduations d’un bécher, mais leurs
masses seront mesurées précisément avec une balance.
II.1 Préparation du bain marie.
Mesurer les masses de l’échantillon d’acier et de brique.
ma = …………..et mb = ……………
Faire bouillir de l’eau dans un bécher sur le bec électrique, plonger l’échantillon d’acier et de brique.
Laisser chauffer pendant toute la durée de l’expérience.
Relever la température du bain marie. ϴia = ϴib = …………….
On notera ϴia la température initiale de l’échantillon d’acier et ϴib la température initiale de l’échantillon
de brique réfractaire.
II.2 Capacité thermique du calorimètre.
En lisant la notice technique du calorimètre Jeulin à vase Dewar, rechercher la valeur de la capacité
thermique C du calorimètre.
C=…………………
Sandrine Cerantola LP Alpes et Durance 2015-2016
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TP2 Mesure de la chaleur thermique massique de différents matériaux
II.3 Capacité thermique massique de l’acier .
Protocole expérimental :
Introduire dans le calorimètre me = 600 g d’eau froide et relever la température ϴie
ie = ……..
…
Introduire rapidement l’échantillon dans le calorimètre, relever la température à l’équilibre ϴf = …………..
Exploitation :
II.3.1) Trouver les relations littérales entre la chaleur fournie par l’échantillon, la chaleur reçue par l’eau et
celle reçue par le calorimètre.
II.3.2) Donner l’expression littérale de la capacité thermique massique ca de l’acier en fonction de ce, C, ma,
me, ϴf, ϴie et ϴia.
II.3.3) Calculer alors la capacité thermique massique ca de l’acier.
II.3.4) Comparer avec la valeur des tables.
II.3.5) Faire un calcul d’incertitude. Écrire le résultat final.
II.4 Capacité thermique massique de la brique réfractaire.
Protocole expérimental :
Introduire dans le calorimètre me = 600 g d’eau froide et relever la température ϴie
ie = ……..
Introduire rapidement l’échantillon dans le calorimètre, relever la température à l’équilibre ϴf = …………..
Exploitation :
II.4.1) Trouver les relations littérales entre la chaleur fournie par l’échantillon, la chaleur reçue par l’eau et
celle reçue par le calorimètre.
II.4.2) Donner l’expression littérale de la capacité thermique massique cb de la brique réfractaire en fonction
de ce, C, mb, me, ϴf, ϴie et ϴib.
II.4.3) Calculer alors la capacité thermique massique cb de la brique réfractaire.
II.4.4) Comparer avec la valeur des tables.
II.4.5)
5) Faire un calcul d’incertitude. Écrire le résultat final.
III Conclusion
Justifier la présence de briques réfractaires dans des systèmes de chauffages électriques dits à
« accumulation » ou à « inertie ». Quel intérêt présentent-elles
elles par rapport au convecteur électrique en
acier ?
Table des capacités thermiques massiques de quelques matériaux
Fin
Sandrine Cerantola LP Alpes et Durance 2015-2016
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