Compte rendu TP Capacité thermique des matériaux à basse température

TP7 - Capacité thermique des matériaux à basse température

1. Objectif

Déterminer la capacité thermique du barreau d’aluminium par chauffage en fonction du temps et comparaison des  valeurs expérimentaux avec les valeurs théorique par le modèle de Debye.

1. Mode opératoire

1. Refroidissements du barreau d’aluminium : On plonge l’enceinte contenant le barreau d’aluminium dans le vase Dewar rempli d’azote liquide. et on relève les valeurs de la F.e.m en fonction du temps (Afin d’assurer un bon transfert thermique entre le barreau et les parois du récipient, l’enceinte est remplie d’hélium jusqu’ à la pression atmosphérique) pendant le refroidissement on note les valeurs de la F.e.m chaque minutes jusqu’à ce que la F.e.m se stabilise et la température de l’azote liquide est atteinte et on rajoute quelque valeur pour former ce palier.
2. Chauffages successifs du barreau : On note la valeur de résistance R du barreau en Ohms et la tension continue d’alimentation V en volts.  On commence le chauffage et on note les valeurs de la F.e.m en fonction du temps en relève les valeurs de F.e.m chaque 30 secondes. Dès que la température a augmenté de 6°C on arrête le chauffage et on continue a noter la F.e.m en fonction du temps jusqu’à l’obtention du palier. on recommence l’expérience afin de réaliser 5 paliers de réchauffement.

1. Résultat

1. Refroidissement du barreau d’aluminium

Explication du phénomène :

La température de l’azote liquide est de -194°C, cela s’explique qu’au cours du temps pour un thermocouple de type K, il y a une variation de mesure de f.e.m. et en plus, il y a écart de température entre l’appareil de mesure et le barreau et donc il y a une f.e.m. générée en plus.

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1. Chauffages successifs du barreau

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[pic 3]

• L’énergie dissipée par effet de Joule est égale à l’énergie absorbée par le barreau, on peut établir  l’équation de bilan thermique :  [pic 4]

                   [pic 5]

                                                                                                                                                                                                       [pic 6]

      →                                                                                                                                                                                                                                        [pic 7][pic 8][pic 9]

• R = 2610 Ω
• V = 12,06 V
•  = 6 K[pic 10]
• M = 27 g/mol
• m = 83g

• Calcul de Cv de l’aluminium pour chaque palier :

• Calcul d’erreur sur les valeurs de Cv :

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 [pic 12][pic 13]

[pic 14]

 = 8*10-7 (g/mol)[pic 15][pic 16]

 [pic 17][pic 18]

[pic 19]

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Exemple de calcul :  

1  = 1,360 * (  +  +  +  +  +  ) = 0,003 J.K-1.mol-1[pic 21][pic 22][pic 23][pic 24][pic 25][pic 26][pic 27]

1 = J.K-1.mol-1[pic 28][pic 29]

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