tp_p11 - Notre physique - chimie au collège et au lycée

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Chap. P8 / P9
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POURQUOI DIT-ON QUE « L’ENERGIE ELECTRIQUE »
EST UN MODE TRANSFERT D’ENERGIE ?
TP P9
Objectifs : - Mesurer des intensités et des tensions (rappels).
- Étudier le transfert d’énergie électrique dans divers cas dont par effet joule.
Remarques :
- L’expression « énergie électrique » est impropre même si elle est consacrée par l’usage. L’électricité est un mode
de transfert d’énergie d’où sa notation assimilée à un travail : We .
- Les éléments constituants notre objet d’étude s’appelle le système. Si celui-ci reçoit du milieu extérieur de l’énergie,
on affecte à celle-ci un signe positif ; dans le cas contraire, l’énergie cédée est affectée d’un signe négatif.
I – AU PREALABLE, PRENONS QUELQUES CONVENTIONS…
Expériences (facultatives) : Suivre les instructions de l’ACTIVITE N°1 page 146 du livre.
Questions :
Schéma (a)
Schéma (b)
Schéma (c)
+
+
+
A
A
B
V
A
A
A
A
B
V
B
V
1. Complète les trois schémas en précisant les bornes des multimètres ( + pour l’entrée et com pour la sortie)
2. (QUESTION N°2) : Complète le schéma (a). Précise la valeur et le signe de la tension lue : UAB = _________________
3. (QUESTION N°3) : Complète le schéma (b). Précise la valeur et le signe de la tension lue : UBA = _________________
C’est le cas pour quel(s) montage(s)s ? _____________________________________________________________
4. (QUESTION N°4) : _______________________________________________________________________________
5. Dans quels circuits l’intensité mesurée est-elle positive ? _____________ Comment placer l’ampèremètre pour que
cela soit le cas ? _______________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
6. (QUESTION N°6) _________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________
Précise le sens du courant dans chacun des circuits par quelques flèches.
II – A QUOI PEUT BIEN SERVIR L’ENERGIE ELECTRIQUE ? (BILANS QUALITATIFS)
Histoire : James Prescott JOULE donna une formulation stricte du principe de conservation de l’énergie en 1843. il
décrit par la même occasion l’effet qui porte son nom aujourd’hui, l’effet joule : « Tout dipôle électrique parcouru par
un courant électrique engendre un transfert thermique vers son environnement ».
Hypothèses : Inventorie quelques manifestations de l’effet joule dans la vie quotidienne. Inconvénient ou avantage ?
Expérience 1 : Suivre les instructions de la MANIPULATION 1 de l’ACTIVITE N°2 page 147 du livre.
Questions :
7. (QUESTIONS N°1 et 2) Complète le schéma énergétique en indiquant la nature des transferts d’énergie.
8. (QUESTIONS N°2) Lorsque la résistance diminue de
Rmax à R0 , comment évoluent I et UAB ? __________
Comment évolue l’énergie électrique Wer reçue par la
lampe ? ____________________________________
…..
…..
…..
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lampe
…..
Milieu
extérieur
(environnement)
Expérience 2 : Suivre les instructions de la MANIPULATION 2.
9. (QUESTIONS N°5) _____________________________
__________________________________________
Complète le schéma énergétique.
10. (QUESTIONS N°3) ________ Exemple : ____________
__________________________________________
__________________________________________
11. (QUESTIONS N°4) _____________________________
__________________________________________
__________________________________________
__________________________________________
Expérience
3
:
Lire
les
instructions
de
…..
…..
…..
Milieu
extérieur
(environnement
et pince)
moteur
…..
…..
…..
…..
Circuit
électrique
génératrice
la
…..
MANIPULATION 3.
Milieu
extérieur
12. (QUESTIONS N°7) Complète le schéma énergétique.
III – QUANTIFIONS L’EFFET JOULE ! (BILAN QUANTITATIF)
But : Établir expérimentalement la relation entre la variation de température de l'eau contenue dans un calorimètre et
l'intensité du courant traversant pendant une durée fixée un conducteur ohmique plongé dans le calorimètre.
Montage : Prendre celui PAGE 148 DOCUMENT 4. Le générateur de tension continue sera régler sur 12 V. Faire vérifier.
Manipulation :
-
Introduire 250 mL d'eau ( volume mesuré à l'éprouvette graduée ) dans le calorimètre.
Fermer le circuit et régler le rhéostat de façon à atteindre l'intensité I souhaitée ( ce réglage préliminaire ne doit pas
durer trop longtemps ). Noter la valeur de la tension U aux bornes du calorimètre. Rouvrir le circuit.
Mettre en place le thermomètre, agiter un peu le calorimètre et attendre que l'équilibre thermique soit atteint.
Noter la température initiale : i
Fermer l'interrupteur et laisser passer le courant pendant 2 minutes en agitant de temps en temps doucement.
Ouvrir l'interrupteur et après une légère agitation noter la température finale : f
En déduire la variation de température :  = f - i
Recommencer depuis le début pour une autre valeur de l'intensité (tableau ci-dessous) après avoir renouvelé l'eau.
Questions :
-
Pourquoi utiliser un calorimètre ? __________________________________________________________________
Pourquoi agiter doucement avant de prendre la mesurer de la température ? ________________________________
_____________________________________________________________________________________________
Pourquoi renouveler l’eau avant de recommencer une nouvelle mesure ? ___________________________________
_____________________________________________________________________________________________
Exploitation : Rédige un compte-rendu présentant le schéma du montage, le tableau de mesures complet, les
courbes =f (I) et =f(I² ). Conclue.
I (A)
U (V)
 (°C)
I²
1
1,5
2
2,5
3
Renseignements :
-
-
On rappelle que : Q = U = m . c . avec m = 0,250 kg et c = 4180 J.°C-1.kg-1
Le transfert d’énergie électrique se note : We = U . I .t = R . I² . t avec U = R . I (loi d’ohm) et t = 2 min = 120 s
Schéma énergétique :
We
Q
Circuit électrique
résistance
Eau et calorimètre
Conclusion : Un conducteur ohmique de résistance R, traversé par un courant d’intensité I pendant
une durée t, transforme l’énergie _________________ qu’il ___________ en chaleur Q : C’est
l’effet joule. On écrit : Q = ____________________. Est-elle vérifiée ? Donne le détail du calcul.
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