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Table des matières

Introduction        2

A.        But        2

B.        Capacité thermique du calorimètre et de l’eau        2

C.        PRINCIPE DE MESURE :        3

D.        Protocole Expérimentale        4

E.        Capacité thermique d’un métal        7

Introduction

La calorimétrie est la science qui s'occupe des mesures des quantités de chaleur échangée entre deux systèmes. Elle a pour but la mesure des propriétés thermiques des corps : chaleurs massiques, chaleur latentes, chaleur de réaction. Elle repose sur le principe de l'égalité des échanges de chaleur entre systèmes. Lorsque deux systèmes n'échangent que de la chaleur, la quantité de chaleur reçue par l'un est égale à celle cédée par l’autre.

Le calorimètre est une enceinte visant à limiter au maximum les échanges de chaleur avec le milieu extérieur. On dit que le calorimètre est un système isolé et les transformations qui s’y produisent sont adiabatiques ou quasi-adiabatiques c'est-à-dire qu’elles se font pratiquement sans échange de chaleur avec l’extérieur.

1. But

• Déterminer la capacité thermique du calorimètre et en déduire sa valeur en eau.
• Déterminer la capacité calorifique d’un métal.

1. Capacité thermique du calorimètre et de l’eau

On dispose d’un calorimètre de capacité 1200 mL, d’un capteur de température relié à un boitier d’acquisition de données microrphy.

1. PRINCIPE DE MESURE :

Un conducteur ohmique de résistance R est immergé dans un liquide de masse m1 et de capacité thermique massique c1. L'ensemble est placé dans un calorimètre de capacité thermique Ccal.

Lorsque la spirale chauffante (conducteur ohmique) est mise sous tension continue U, elle est alors parcourue par un courant d'intensité I. Pendant un intervalle de temps, l’énergie électrique passant dans le conducteur est transformée en chaleur par effet joule et la quantité de chaleur cédée au milieu, l’eau et le calorimètre, est donnée par :[pic 8]

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Lorsque la température du calorimètre et de son contenu augmente de  à, l'ensemble reçoit la quantité de chaleur : [pic 10][pic 11]

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L'enceinte étant adiabatique, donc pas d’échange de chaleur avec l’extérieur, on a :

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On peut donc écrire :

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Et on en déduit que :

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Le capteur de température mesure l’évolution de la température en fonction du temps t.

C’est une fonction du genre :

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L’équation calorimétrique comporte deux inconnues : la capacité calorifique massique  de l’eau  et la capacité calorifique du calorimètre C.[pic 17]

On utilisera le solveur d’Excel pour déterminer ces deux grandeurs.

1. Protocole Expérimentale

Pour commencer nous devions brancher le capteur de température sur orphy. Puis lancer le logiciel orphylab. Ainsi nous devions choisir une durée d’acquisition de 30 minutes. Nous avions une masse d’eau de  dans notre calorimètre. Par la suite nous avons raccordé le générateur éteint (avec les deux boutons tournés vers la gauche) au calorimètre.[pic 18]

Ensuite nous avons inséré le capteur de température dans le calorimètre, en contact avec l’eau. Nous avons par la suite lancé l’acquisition des données grâce au logiciel orphylab. Après 5 minutes d’acquisition, nous avons mis sous tension le montage avec une tension  aux bornes du générateur (en mélangeant tout le long de l’acquisition de donnée pour une bonne répartition de la température).[pic 19]

La valeur de l’intensité I était à ce moment là : [pic 20]

Au bout de 20 minutes nous avons éteint le générateur et continué l’acquisition pour une durée de 5 minutes supplémentaires. Enfin nous avons sauvé nos données sur le tableur Excel pour retrouver la valeur calorifique du calorimètre et de l’eau.

1. Après avoir remis les données d’acquisition sur le tableur Excel, on obtient la courbe suivante :

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Cependant pour obtenir une équation de droite de la forme, on choisit de « couper » les parties extérieurs de notre graphe:[pic 22]

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1. Le constructeur nous a dit que le calorimètre avait une capacité calorifique  de 200 :[pic 24][pic 25]

Il va donc falloir comparer notre capacité calorifique expérimentale à la valeur théorique, or on a :

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Avec :

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D’où :

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On calcule l’incertitude relative :

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On a donc une erreur relative de 62 %, bien trop importante pour pouvoir être prise en compte dans une étude.

1. Voici la valeur en eau du calorimètre :

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Calcule de l’incertitude relative

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