Rapport de laboratoire bouilloire

Problème:

Mr. Yveupa Payer aime bien se faire du thé. Afin d'économiser sur sa facture d'électricité il hésite entre s'acheter une bouilloire ou une plaque chauffante. Dans un contexte d'innovation scientifique et technique, il aimerait bien trouver les systèmes ou les produits qui sont susceptible d'avoir un meilleur rendement énergétique afin de payer moins cher d'électricité chaque année.

But :

Trouver ce qui a un meilleur rendement énergétique entre une bouilloire et une plaque chauffante. Mr. Payer s’intéresse au rendement énergétique de chacun de ces appareils dans le but de savoir lequel coûterait le moins cher sur sa facture d’électricité.

Théorie:

Pour qu'une machine fonctionne, il faut lui transmettre de l'énergie et celle-ci la transmettras ensuite à un autre corps. La loi de la conservation de l'énergie stipule que toute l'énergie que l'on fournit seras transmise à l'autre corps ou seras transformée en une autre forme d'énergie. En pratique, une partie de l'énergie fournie seras dissipée dans l'environnement, notamment en énergie thermique, et par le fait même ne seras pas transmise à l'autre corps. C'est donc pourquoi l'énergie utile (transmise par le corps) ne seras pas égale à l'énergie consommée (l'énergie transmise à la machine). Le rendement énergétique est donc le rapport entre l'énergie utile et l'énergie consommée, plus précisément :

(Énergie utile/énergie consommée) X100%

Plus ce rendement sera élevé et plus la "perte" d'énergie seras moindre.

La puissance électrique se mesure en watts (w). On peut la calculer en divisant l’énergie, en joules (j), par le temps (delta t) en secondes (s).

P=E̸Δt  

La chaleur représente un transfert d'énergie thermique entre deux corps qui ont un écart de température. Les molécules des corps possèdent un degré d'agitation, lorsqu'un objet est chaud, ses molécules sont plus agitées que lorsqu'un objet est froid. Ainsi, si un corps chaud est en contact avec un corps froid, les molécules du corps chaud vont être ralenties alors que celle du corps froid seront plus agitées. C'est ainsi que le transfert d'énergie thermique feras changer la température des deux corps. Pour sa part, la température est le degré d'agitation des molécules d'un corps. La formule pour calculer la chaleur est: La puissance électrique se mesure en watts (w). On peut la calculer en divisant l’énergie, en joules (j), par le temps (delta t) en secondes (s). Plus la puissance est forte, plus le prix sera élevé pour un temps d’utilisation pareil avec un appareil à plus faible puissance.

Q=mcΔT    (pas sur majuscule ou minuscule)

La capacité thermique massique est la quantité de chaleur qu'un gramme d'une substance doit absorber pour que sa température augmente de 1 degré Celcius. Elle se mesure en J/(g·°C).

Variables :

Indépendante : Température de l'eau (oC). Plus le temps de chauffage est élevé, plus la température de l'eau augmentera.

Dépendante : Temps de chauffage (sec). Lorsque le temps de chauffage augmente, la température de l'eau va augmenter.

Contrôlées : Quantité d'eau (mL) On décide au début de l’expérience quelle est la quantité d’eau utilisée pour la bouilloire et la plaque chauffante.

Hypothèse :

Nous croyions que la bouilloire était l'appareil possédant le meilleur rendement énergétique, puisque contrairement à la plaque chauffante, la surface chauffante est complètement en contact avec l'eau, donc moins d'énergie thermique peut se dissiper dans l'air ambiant. En effet, lorsque l'on fait chauffer de l'eau dans un bécher que l'on pose sur une plaque chauffante, une grande partie de la surface chauffante ne serviras pas à chauffer l'eau puisqu'elle ne sera pas en contact avec le bécher, ce qui crée une perte importante d'énergie thermique. Pour qu'un appareil possède un bon rendement énergétique, il faut que la majorité de l'énergie consommée soit utile, donc que l'énergie qui se dissipe dans l'air ambiant soit moindre. Pour qu'un déterminer quel appareil est le plus efficace, il faut qu'il possède un bon rendement énergétique et qu'il chauffe l'eau rapidement.

Expérimentation :

Matériel :

• Thermomètre
• Béchers (250 mL)
• Support universel
• Pince universelle
• Pipette
• Cylindre gradué (100 mL)
• Pince à béchers
• Chronomètre
• Lunettes de sécurité
• Plaque chauffante
• Eau du robinet (100 mL)
• Grille isolante

Sécurité :

1. Attacher les cheveux.
2. Porter des lunettes de sécurité.
3. Utiliser des pinces à bécher pour manipuler le bécher après l’avoir chauffer.

Manipulations :

Bouilloire :

1. Mesurer 100 mL d’eau à l’aide du cylindre gradué de 100 mL.
2. Verser le 100 mL d’eau dans la bouilloire.
3. Accrocher le thermomètre à la pince universelle et submerger celui-ci dans la bouilloire.
4. Chauffer l’eau dans la bouilloire jusqu’à temps que celle-ci soit à 80oC.
5. Noter le temps en secondes.

Plaque chauffante :

1. Mesurer 100 mL d’eau à l’aide du cylindre gradué de 100 mL.
2. Verser l’eau dans le bécher de 250 mL.
3. Accrocher le thermomètre à la pince universelle et submerger celui-ci dans la bouilloire.
4. Chauffer l’eau dans la bouilloire jusqu’à temps que celle-ci soit à 80oC.
5. Noter le temps en secondes.

Résultats

Tableau 1 : La température de l’eau (100 mL) selon le temps avec une bouilloire pour atteindre 80oC

Tableau 2 : La température de l’eau (100 mL)selon le temps avec une plaque chauffante pour atteindre 80oC.

Traitement des données

Calculs :

Nous voulons savoir qui a le meilleur rendement énergétique (le plus haut en pourcentage) entre la bouilloire et la plaque chauffante. Pour le trouver, il faut faire plusieurs étapes de calculs.

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