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

1STI2D- Energie
TP
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Mesure d'une quantité d'énergie, capacité thermique et rendement
Objectifs :
• 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 :
• 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
1
2
3
4
5
6
7
10
Energie : E
(kJ)
0
Température
(°C)
initiale =
∆ = f- i
0
• À l'aide d'un tableur (Cf fichiers d’aide joints), tracer la courbe E = f (∆) puis l’étudier.
Thermomètre
Elément chauffant
Calorimètre
E

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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.