تقني رياضي/هندسة الطرائق/ Tp: Calorimetrie

Calorimétrie

A. Remarques importantes

1. But du TP

Déterminer
- la capacité calorifique du calorimètre,
- la chaleur latente de fusion de la glace,
- la chaleur spécifique (cp) massique d’un matériau,
- la température d'un glaçon sorti du congélateur.
2. Consignes à respecter

La manipulation doit être réalisée avec le plus grand soin, les masses et les températures seront lues avec précision.
Notez bien toutes les valeurs.
On évitera de renverser de l’eau.
On n’oubliera pas d’agiter doucement pendant les mesures.
On ne placera pas le calorimètre près de la source de chaleur !...
N’oubliez pas que vous allez étudier des
transformations irréversibles. Il ne sera donc pas possible de revenir
en arrière pour retrouver une valeur mal notée (ou oubliée).
On n’arrêtera le chronomètre qu’après la dernière expérience.
On tracera la courbe température en fonction du temps en faisant une mesure toutes les 30s.
3. Matériel à votre disposition

Calorimètre, balance, chronomètre, thermomètres, bêcher et source de chaleur.
Glace à 0°C et Glace à la température du congélateur.
B. Partie expérimentale

1. Les thermomètres

Vérifier la cohérence des deux thermomètres.
2. Détermination de la capacité calorimétrique

Cette méthode est souvent appelée méthode des mélanges.
Introduire une masse m1=200 g d’eau froide dans le calorimètre.
Noter la température toutes les 30 s pendant 10 min.
Pendant ce temps, faire chauffer environ 300 g d’eau à environ 50 °C
Noter sa température, puis verser cette eau dans le calorimètre.
On appellera m2, la masse d’eau chaude ajoutée.
Continuer à noter sa température toutes les 30 s pendant 10 min. (agiter tout doucement).

NE PAS ARRETER LE CHRONOMETRE

3. Détermination de la chaleur latente de fusion de la glace

Sécher rapidement 2 ou 3 glaçons et les placer dans le calorimètre.
On appellera m3, la masse de glace ajoutée.
Suivre l'évolution de la température toutes les 30 s pendant 10 min.(agiter tout doucement).

NE PAS ARRETER LE CHRONOMETRE

4. Détermination de la chaleur spécifique d'un solide

Utiliser 2 ou 3 cylindres identiques. Déterminer la masse m4 de l’ensemble de ces cylindres.
Placer environ 500 mL d'eau dans un bêcher
que l'on place sur la plaque chauffante. Accrocher les solides avec des
ficelles et les placer dans le bêcher et faire chauffer jusqu'à
ébullition.
Attendre l'équilibre thermique dans le bêcher. Noter la température dans le bêcher, c'est donc celle du solide.

Prélever les cylindres
(éventuellement 1 par un) et les placer rapidement et avec précaution
dans le calorimètre (tout le solide doit y baigner).
Suivre l'évolution de la température toutes les 30 s pendant 10 min. (agiter tout doucement).

Retirer les solides.
NE PAS ARRETER LE CHRONOMETRE

5. Détermination de la température du glaçon

Prendre à ou deux glaçons à la température du congélateur
Les introduire dans le calorimètre.
On appellera m5, la masse des glaçons ajoutés.
Suivre l'évolution de la température (agiter tout doucement) toutes les 30 s pendant 10 min. (ou plus si nécessaire).

ARRETER LE CHRONOMETRE

C. Travail à réaliser

1.

2. Courbe

Tracera la courbe température en fonction du temps pour la totalité des expériences.
3. Détermination des températures initiales et finales

La courbe tracée doit vous permettre de déterminer pour chaque manipulation qi et qf.
Vous aurez probablement des points
bizarres lors de l’ajout d’eau, de glace ou d’un solide. La méthode
proposée vous permet d’avoir
Vous pourrez justifier l’obtention d’un palier ou de droites légèrement inclinées
4. Calculs

Pour chaque échange de chaleur, vous
- poserez soigneusement les variables,
- écrirez l’équation calorimétrique
- écrirez l’expression littérale de la valeur cherchée
- donnerez votre résultat numérique.
5. Données

eau cp = 4,185 J.g-1.K-1
glace cp = 2,150 J.g-1.K-1

D. Pour ne rien oublier

Masse
Temp. Initiale
Temp
Temp. Finale

g
°C
°C

Exp 1
Eau froide

Eau chaude

Mélange

Exp 2
Mélange

Glaçon

0.0

Mélange et eau de fusion
(après fusion du glaçon)

Exp 3
Mélange et eau de fusion
(avant introduction du solide)

Solide

Solide et mélange

Exp 4
Mélange seul
(avant introduction du glaçon)

Glaçon (congélateur)

Mélange final

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