Détermination de la capacité calorifique du calorimètre

Détermination de la capacité calorifique du calorimètre : méthode
des mélanges
a) Introduction
Réalisée en classe, cette détermination peut permettre aux élèves de se familiariser avec
l'appareil.
b) Protocole
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 ensuite un volume V2 d’eau chaude à environ 50°C.
Noter la masse d’eau chaude (m2) et la température de cette eau (T2).
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 l’eau chaude est nulle. Soit la relation :
Q1  Qcal  Q2  0
soit
m1 .ceau .(T3  T1 )  C.(T3  T1 )  m2 .ceau .(T3  T2 )  0
Avec ceau = 4180 J.K-1.kg-1
d) Exemple de résultats :
Calorimètre à vase Dewar 253081 :
Sa capacité calorifique est considérée comme négligeable (de l’ordre de 30 J.K-1). Arriver à ce
résultat est trop délicat pour pouvoir être mis en œuvre avec des élèves.
Calorimètre simplifié 251014 :
Eau froide m1 = 146,8 g
Eau chaude m2 = 117,4 g
Equilibre
C
T1 = 18,1 °C
T2 = 48,7 °C
T3 = 30,1 °C
0,1468  4180  (30,1  18,1)  0,1174  4180  (30,1  48,7)
= 147 J.K-1
30,1  18,1
Ayant reproduit plusieurs fois cette expérience, il semble qu’une valeur moyenne de 130 J.K-1
puisse être retenue.
Calorimètre petit modèle 251080 :
Eau froide m1 = 105,1 g T1 = 19,0 °C
Eau chaude m2 = 76,5 g T2 = 38,5 °C
Equilibre
T3 = 26,5 °C
C
0,0765  4180  (26,5  38,5)  0,1051  4180  (26,5  19,0)
= 72 J.K-1
26,5  19,0
Cette expérience a été reproduite plusieurs fois avec des résultats variant entre 50 et 100 J.K-1. La valeur moyenne
retenue est de 70 J.K-1 .