Mesure de la capacité thermique d`un Matériaux

Habitat : gestion de l’énergie
Mesure de la capacité thermique de matériaux
I Présentation
Dans un souci d’économie d’énergie, en hiver, la stratégie de chauffage d’un bâtiment doit suivre au
mieux la logique suivante :
-
-
Capter au maximum l’énergie du rayonnement solaire le jour,
Le stocker,
Pour ensuite le restituer le soir venu.
L’isolation du bâtiment permettant de converser au mieux l’énergie solaire emmagasinée durant la
journée.
CAPTER
STOCKER
DISTRIBUER
CONSERVER
Les quatre schémas précédents illustrent clairement la stratégie de chauffage en hiver. Ils mettent aussi en
évidence l’importance de la capacité d’un sol à stocker l’énergie thermique. Plus cette capacité est grande,
meilleur est le bâtiment d’un point de vue énergétique.
II Objectifs du TP :
Les objectifs de ce TP sont :
•
Comparer et évaluer la capacité thermique massique de trois sols différents (un carrelage en
céramique, un carrelage en terre cuite et une dalle de linoléum).
• Savoir d’un point de vue énergétique, de quel sol il faut disposer de préférence.
III Expérimentation :
III.1 Présentation expérimentale
On dispose
- d’un calorimètre équipé d’un agitateur et d’un thermomètre.
- De trois échantillons un en terre cuite, un autre en céramique et pour finir un d’une dalle de lino.
- D’eau froide à la température T1, que l’on placera dans le calorimètre.
- D’eau chauffée dont on peut connaitre la température T2, et dans laquelle on place les échantillons ou
bien d’une étuve thermostatée dans laquelle on dispose les échantillons.
- D’un bécher de 100 mL.
- D’une balance permettant de peser les masses mT de l’échantillon de terre cuite, mC de l’échantillon
de céramique et mL de l’échantillon de lino.
La manipulation, consiste à plonger un morceau de terre cuite (ou de carrelage ou de lino) à la
température T2, dans de l’eau à la température T1, et à mesurer la température final Tf du mélange.
On rappelle que la quantité de chaleur reçue Q, par une masse d’eau m lors d’une élévation de
température Δ(T)= Tf - Ti est donnée par l’expression :
Q = m.ce. Δ(T) = m.ce.( Tf - Ti)
où ce est la capacité thermique de l’eau (ce = 4180 J.kg-1.°C-1).
On note cT la capacité thermique massique de la terre cuite, cC la capacité thermique massique de la
céramique et cL la capacité thermique massique du lino.
D’après P. Gaignard
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On supposera que le calorimètre est parfait, autrement dit que lors d’un échange thermique dans
l’enceinte de celui-ci, le calorimètre ne consomme ou ne fournie aucune quantité de chaleur.
III.2 Vers le protocole expérimental :
Pour cette partie, on raisonne sur un échantillon de terre cuite.
Quel échange thermique peut-on réaliser dans le calorimètre ?
Donner l’expression de Q’ la quantité de chaleur perdue par l’échantillon de terre cuite au cour de
l’échange thermique.
Ecrire l’équation bilan de cet échange thermique ?
A partir de cette équation inventorier les grandeurs expérimentalement mesurables, et montrer dés lors
que cT est déterminable ?
A partir de ce travail préparatoire, présenter le protocole expérimental qui vous permettra de déterminer
cT ? (Le faire valider par le professeur)
III.3 Réalisation de l’expérience.
Réaliser les trois expériences complètes qui vous permette de déterminer cT , cL et cC .
Attention :
- Il faut perdre le moins de temps possible dans le transfert des échantillons de l’eau chaude vers l’eau
froide, tout en respectant les consignes de sécurité.
- entre les expériences veiller à remettre de l’eau froide.
Calculer cT, cL et cC .
IV Exploitation des résultats
Lequel des trois matériaux à la capacité thermique massique la plus grande ?
Conclure sur l’utilisation de ces matériaux dans l’habitat.
D’après P. Gaignard
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