TP mesure d'une quantité d'énergie, étude de la capacité thermique et rendement

1STI2D- Energie
TP
Mesure d'une quantité d'énergie, capacité thermique et rendement
Objectifs :
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Consignes pour la réalisation d’un compte-rendu (informatique) (Cf consignes de rédaction, fichier joint)
Tracer une courbe et utiliser un tableur
Mesurer des d’énergies
I) Découverte du matériel et mesures
Dans un calorimètre, un élément chauffant de résistance R (ici égale à 4 Ω), alimenté en continu
sous tension constante, est plongé dans de l‘eau. On mesure la tension, l’intensité et l’énergie fournie au
calorimètre à l’aide d’un Joulemètre. Un thermomètre mesure la température de l’eau.
Montage :
E
Thermomètre
Elément chauffant
Calorimètre
•
Verser 600g d’eau distillée dans le calorimètre et relever sa température initiale i.
•
Placer la résistance du thermoplongeur dans le calorimètre, le brancher au générateur continu 12V
et au Joulemètre. Faire vérifier avant la mise sous tension.
•
Relever la température de l’eau toutes les minutes, ainsi que l’énergie E reçue.
•
Compléter le tableau suivant :
Temps (min)
0
Energie : E
(kJ)
0
Température
(°C)
∆ = f- i
1
2
3
4
5
6
7
10
initiale =
0
• À l'aide d'un tableur (Cf fichiers d’aide joints), tracer la courbe E = f (∆) puis l’étudier.
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II) Calcul de la capacité thermique massique de l’eau.
On considère que le rendement est de 100%, c’est-à-dire que toute l’énergie électrique fournie a été
convertie sous forme de chaleur
On donne la formule suivante :
Q = m  c  (∆)
Q est la quantité de chaleur exprimée en Joule (ici Q = E si le rendement est de 100%)
m est la masse de solide ou de liquide exprimée en kg
f - i est la différence de température entre l’état final et l’état initial exprimée en degré Celcius
c est la capacité thermique massique exprimée en J.kg-1.°C-1
Trouver la valeur de c à l’aide de la caractéristique précédente et comparer avec la valeur théorique (voir
professeur)
III) Calcul de rendement
On ne considère plus cette fois-ci que le rendement est de 100%
1. Représenter la chaine énergétique de l’élément chauffant.
2. À l'aide d'un tableur, tracer la courbe E = f (t). En observant votre courbe, peut-on dire que la
puissance de chauffe est restée constante tout au long de la manipulation ?
3. Combien vaut la valeur de la puissance de chauffe P ?
4. Calculer la quantité de chaleur reçue par l’eau sur les 10 min (on prendra c = 4180 J.kg-1.°C-1) et
en déduire le rendement de notre bouilloire artisanale.
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