Le calorimètre est constitué de deux parois d`aluminium séparées

Première S- Activité expérimentale
CH 12 : EVALUER L’ENERGIE LIBEREE LORS D’UNE COMBUSTION
NOTIONS ET CONTENUS
Mesurer une chaleur de combustion
COMPETENCES ATTENDUES
- Démarche d’investigation.
- Réaliser un bilan thermique.
A) CONTEXTE DU SUJET
Pour partir en camping, Gaston voulait emporter du gaz pour chauffer
ses repas. Mais il s’est dit que cela pouvait être dangereux. Il a donc
choisi des chandelles en paraffine.
Cependant Gaston s’interroge (si, si !) :
Quelle énergie est récupérable lors de la combustion de la bougie ?
Est-ce que sa bougie lui permettra de chauffer 1L d’eau pour ses
pâtes dans une casserole en aluminium (masse = 200g) ?
Pouvez-vous aider Gaston à répondre à ses questions ?
B) DOCUMENTS A DISPOSITION
Document 1 : Matériel mis à disposition :
- une boîte en aluminium isolée
- une potence et une pince
- la bougie de Gaston
- un agitateur
- une éprouvette graduée
- une balance
- de l’eau à volonté
Document 2 : Chandelles, cierges et bougies
Les chandelles de suif, graisse animale fondue, étaient le moyen traditionnel d’éclairage des pauvres. Elles sentaient fort, fumaient
beaucoup et donnaient une faible lumière. On utilisait aussi par tradition la cire d’abeille pour les cierges, donnant une bonne odeur et
une belle lumière.
Aujourd’hui, on utilise la paraffine, extraite du pétrole, mélangée à la stéarine, corps gras d’origine animale ou végétale.
Autrefois, la mèche faite en fil de coton bouilli devait être « mouchée » constamment .C’est maintenant une tresse plate de coton dont
le haut s’incline en brûlant et retombe dans la partie chaude de la flamme pour se consumer.
Document 3 : Que se passe-t-il quand une bougie brûle ?
Quand on allume la mèche, la chaleur dégagée va faire fondre la paraffine : elle passe de l’état solide à l’état liquide (fusion).
La paraffine liquide monte dans la mèche. Au contact de la chaleur produite par la mèche qui brûle, elle se vaporise ;
Au contact de l’air, la paraffine gazeuse réagit avec le dioxygène : c’est la réaction de combustion de la paraffine gazeuse qui
dégage de la chaleur, énergie thermique appelée chaleur de combustion Qcomb (J).
Document 4 : Rappels et données numériques
Un transfert thermique noté Q peut servir :
- soit à modifier la température d’un corps (modification de l’agitation thermique des molécules)
- soit à modifier l’état physique du corps (modification des interactions entre les molécules).
Q est positif s’il est gagné par le système et est négatif s’il est perdu.
1) Dans le cas d’une variation de température ΔT (°C) du corps, le transfert thermique correspondant Q dépend de la capacité
thermique massique du corps c selon :
Q (J) = m (kg) × c (J.kg-1.°C-1)×ΔT (°C)
Pour l’eau, ceau= 4,18.103 J. kg-1 .°C-1 ; pour l’aluminium cAl= 897 J. kg-1 .°C-1 .
2) Dans le cas d’un changement d’état physique du corps, la chaleur latente de changement d’état du corps est le transfert
thermique nécessaire permettant de changer, à la température du changement d’état, l’état physique de 1kg de ce corps.
Q(J) = m (kg)×L (J .kg-1)
Pour la paraffine, l’énergie de changement d’état correspondant à la fusion puis à la vaporisation sera prise égale à
L = 1,42 .106 J .kg-1
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Première S- Activité expérimentale
C) QUESTIONS
1) La paraffine est essentiellement constituée d’un alcane de formule brute C25H52. Sa combustion à l’état gazeux forme du
dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau. Ecrire l’équation de la réaction de combustion.
2) En supposant que toute l’énergie libérée lors de la combustion de la bougie est utilisée pour faire fondre la bougie et
chauffer l’eau, proposer un protocole expérimental en utilisant le matériel mis à disposition pour mesurer cette chaleur de
combustion.
3) Après validation du professeur, réaliser le protocole. Faire un schéma du montage et noter les résultats des différentes
mesures nécessaires.
4) a) Faire un bilan thermique des échanges thermiques qui ont lieu pendant la manipulation. On négligera les échanges
thermiques avec l’air (chaleur reçue et donnée).
b) Faire l’application numérique : calculer la chaleur de combustion Qcomb libérée lors de votre expérience.
c) La convertir en J/kg (= pouvoir calorifique de la paraffine).
5) Répondre aux interrogations de Gaston.
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