1-Calorimètre - Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de

Ministère de l'Enseignement Supérieur, de la Recherche Scientifique et de la Technologie Université de Sousse Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse Fascicule de Travaux Pratiques CALIROMETRIE Première année LMD Energétique Réalisé par : Rachid MECHI Année universitaire 2009‐2010 2009 CALIROMETRIE
CALIROMETRIE
Objectif :
- Mesure de la valeur en eau du calorimètre
- Mesure de la chaleur latente de fusion de la glace
‐ Mesure de chaleur massique de métal
Manipulation
Description de l’équipement 6
1
2
7
3
4
5
1
Bécher en aluminium
Reçoit le liquide à tester (capacité utile 500ml)
2
Bécher en verre
Reçoit le liquide à tester (capacité utile 500ml)
3
Agitateur
Assure l’homogénéité du mélange contenu dans le pot
4
Bouchon
Ferme la partie supérieure du couvercle du calorimètre
et permet d’introduire les produits
5
Thermomètres
Permettent de mesurer la température du mélange
6
Couvercle
Ferme la partie supérieure du calorimètre
7
Calorimètre
Permet l’étude des échanges de chaleur. Sa capacité
calorifique est de 14,7cal/°C (61,446J/°C)
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2009 Le calorimètre est constitué de deux parois d'aluminium séparées par de l'air. Il empêche
les transferts thermiques (par conduction et convection) ainsi que le transfert d'énergie par
rayonnement à travers ses parois.
Expérience n°1 : Détermination de la capacité thermique k du calorimètre
9
Introduire exactement m1 = 200 g d'eau (utiliser pour cela l'éprouvette graduée; la
masse volumique de l'eau étant de 1,0 kg/L) dans le calorimètre. Relever au bout de
quelques instants la température d'équilibre de l'ensemble : θ1 =
9
Faire chauffer, dans un bêcher, environ 200 mL d'eau. Lorsque sa température
atteint 50 à 55°C arrêter le chauffage et mesurer précisément cette température θ2
après agitation. Verser ensuite, sans tarder, l'eau dans le calorimètre : θ2 =
9
Avec l'agitateur, mélanger doucement le contenu du calorimètre et suivre sur le
thermomètre l'évolution de la température. Relever, lorsqu'elle est atteinte, la
température d'équilibre : θe =
9
Déterminer précisément la masse m2 d'eau chaude ayant été dans le calorimètre :
m2 =
Exploitation de l’expérience :
Le transfert thermique Q est une grandeur algébrique :
- Q > 0 si le corps reçoit de l'énergie de l'extérieur au cours du transfert.
- Q < 0 si le corps cède de l'énergie à l'extérieur au cours du transfert.
L'énergie Q reçue ou fournie par transfert thermique par un corps dépend de la nature du
corps et est proportionnelle à sa masse m et à la variation de température qu'il subit.
L'énergie Q échangée par transfert thermique par le calorimètre utilisé a pour valeur
absolue: Q = k Δθ où k est un coefficient de proportionnalité caractéristique de ce
calorimètre. L'énergie Q échangée par transfert thermique par une masse m2 d'eau a pour
valeur absolue: Q = c eau m Δθ où ceau = 4180 S.I est un coefficient de proportionnalité
caractéristique de l'eau.
1- Dans quel sens se réalise le transfert thermique positif entre deux corps à des
températures différentes ?
2- Préciser les unités de k et de ceau.
3- Exprimer la quantité de chaleur Q0 transférée par le calorimètre entre l'instant où l'on y
introduit l'eau chaude et l'instant où l'équilibre thermique final est atteint.
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2009 4- Exprimer entre ces deux mêmes instants la quantité de chaleur Q1 transférée par l'eau
froide.
5- Même question pour la quantité de chaleur Q2 transférée par l'eau chaude.
6- Si on néglige les transferts d'énergie entre le calorimètre et le milieu extérieur, écrire la
relation existant entre Q0, Q1 et Q2.
7- En déduire l'expression littérale de la capacité thermique k du calorimètre.
8- Faire l'application numérique et donner le résultat avec 2 chiffres significatifs.
Expérience n°2 : chaleur latente massique de fusion de la glace
9
Introduire exactement m1 = 200 g d'eau dans le calorimètre. Relever, au bout de
quelques instants, la température d'équilibre θ1 de l'ensemble.
9
Prendre deux morceaux de glace fondante, les placer dans un bécher, peser celui-
ci avec une feuille de papier absorbant. Essuyer les glaçons et les introduire
immédiatement dans le calorimètre. Repeser le bécher avec le papier mouillé sur la même
balance. En déduire avec précision la masse m2 de glace ayant été introduite dans le
calorimètre.
9
Mélanger doucement avec l'agitateur le contenu du calorimètre. En même temps,
suivre l'évolution de la température et relever lorsqu'elle est atteinte la température
d'équilibre θe (la glace a alors entièrement fondue).
Exploitation de l’expérience :
9- Quelle valeur peut-on attribuer à la température des glaçons utilisés ? Justifier.
10- Exprimer et calculer la quantité de chaleur Q0 perdue par le calorimètre. Exprimer et
calculer de chaleur Q1 perdue par l’eau. Exprimer et calculer la quantité de chaleur Q3
nécessaire pour porter l’eau de fusion de 0 °C à la température finale. Conclure.
11- En négligeant les transferts d'énergie entre le calorimètre et le milieu extérieur,
calculer la quantité de chaleur Qf nécessaire pour faire fondre la glace.
12- Sachant que la chaleur latente est la quantité de chaleur nécessaire à 1 kg d'un corps
pour qu'il change d'état à température et pression constantes, calculer la valeur de la
chaleur latente massique de fusion Lf de la glace.
Sachant que la valeur théorique de la chaleur latente de fusion de la glace est 3,34 .105
J.kg-1, calculer l'écart relatif par rapport à cette valeur théorique. Commenter le résultat.
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