Capacité calorifique des métaux : cuivre et aluminium

Capacité calorifique des métaux : cuivre et aluminium
a) Introduction
Ces deux expériences peuvent donner de bons résultats. Malgré tout, il faut être très précis dans
le relevé de température car un écart de 0,1 °C peut entraîner une augmentation forte de l’erreur
finale.
b) Protocole
Peser la lame métallique. Noter sa masse m2.
Mettre à chauffer dans l’eau bouillante la lame métallique pendant 15 minutes (T 2 = 100 °C).
Dans le calorimètre, verser un volume V1 d’eau à température ambiante.
Noter la masse d’eau froide (m1) et la température de cette eau (T1).
Dans le calorimètre, verser rapidement la lame. Couvrir et agiter.
Noter la température d’équilibre (T3).
c) Exploitation
La loi de conservation de l’énergie indique que la somme des énergies transférées par l’eau
froide, le calorimètre et le métal est nulle. Soit la relation :
Q1  Qcal  Q2  0
soit
(C  m1 .ceau ).(T3  T1 )  m2 .cmétal .(T3  T2 )  0
ceau = 4180 J.K-1.kg-1
a) Exemple de résultats pour le cuivre
Calorimètre simplifié 251014 :
Eau froide m1 = 152,2 g
Cuivre
m2 = 25,8 g
Equilibre
Avec C = 130 J.K-1
cCu  
T1 = 21,1 °C
T2 = 100 °C
T3 = 22,1 °C
[(130  0,1522  4180)  (22,1  21,1)
-1
-1
 = 381 J.K .kg
0,0258  (22,1  100)
La valeur théorique est de 385 J.K-1.kg-1, ce qui donne une erreur de 1 %.
Calorimètre à vase Dewar 253081
Eau froide m1 = 623 g
Cuivre
m2 = 25,8 g
Equilibre
Avec C = 30 J.K-1
T1 = 20,5 °C
T2 = 100 °C
T3 = 20,8 °C
cCu  
[(30  0,623  4180)  (20,8  20,5)
-1
-1
 = 387 J.K .kg
0,0258  (20,8  100)
La valeur théorique est de 385 J.K-1.kg-1, ce qui donne une erreur de 0 %.
Calorimètre petit modèle 251080 :
Eau froide
m1 = 153,8 g
T1 = 19,3 °C
Lame de cuivre
m2 = 12,7 g
T2 = 100 °C
Equilibre
T3 = 19,8 °C
Avec
C = 70 J.K-1
cCu  
(70  0,1538  4180)  (19,8  19,3)
-1
-1
 384 J.K .kg
0,0127  (19,8  100)
Pour le cuivre, la valeur théorique est de 385 J.K-1.kg-1, ce qui donne une erreur de 0,3 %.
b) Exemple de résultats pour l’aluminium :
Calorimètre simplifié 251014 :
Eau froide m1 = 159,7 g
Aluminium m2 = 9,1 g
Equilibre
Avec C = 130 J.K-1
c Al  
T1 = 21,3 °C
T2 = 100 °C
T3 = 22,1 °C
[(130  0,1597  4180)  (22,1  21,3)
-1
-1
 = 798 J.K .kg
0,0091  (22,1  100)
La valeur théorique est de 897 J.K-1.kg-1, ce qui donne une erreur de 11 %.
Calorimètre à vase Dewar 253081
Eau froide m1 = 421,5 g
Aluminium m2 = 16,6 g
Equilibre
Avec C = 30 J.K-1
c Al  
T1 = 19,2 °C
T2 = 100 °C
T3 = 19,9 °C
[(30  0,4215  4180)  (19,9  19,2)
-1
-1
 = 924 J.K .kg
0,0166  (19,9  100)
La valeur théorique est de 897 J.K-1.kg-1, ce qui donne une erreur de 3 %.
Calorimètre petit modèle 251080 :
Eau froide
m1 = 93,8 g
T1 = 19,5 °C
2 lames d’aluminium
Equilibre
Avec
m2 = 9,1 g
T2 = 100 °C
T3 = 20,8 °C
C = 70 J.K-1
(70  0,0938  4180)  (20,8  19,5)

0,0091  (20,8  100)
804 J.K-1.kg-1
Pour l’aluminium, la valeur théorique est de 897 J.K-1.kg-1, soit une erreur de 10 %.
c Al  