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Thème : Défis du XXIème siècle
L’énergie électrique et l’effet Joule
But du TP : Etudier l’effet Joule. Déterminer les caractéristiques d’une pile et d’une résistance électrique.
I. Étude de l’effet Joule
Principe
Le passage du courant électrique dans un circuit provoque un effet thermique bien connu : l’effet Joule (ex:
grille-pain). Pour quantifier cet effet, étudions l’influence du passage du courant dans une résistance chauffante,
placée dans de l’eau.
Protocole expérimental
Ouvrir le logiciel Regressi afin d’entrer les valeurs expérimentales suivantes : t (en s), i (en A) et θ (en °C).
Verser 150 mL d’eau dans le calorimètre.
Immerger la résistance chauffante R = 6 Ω (repérer les bornes) et le thermomètre.
Réaliser le circuit schématisé ci-dessous :
Repérer le générateur (éteint) et brancher un fil sur chaque borne + et - ;
Brancher les dipôles en suivant le sens du courant à partir de la borne + ;
Le courant doit pénétrer par la borne A de l’ampèremètre gris pour que la valeur de l’intensité I du courant
électrique soit positive.
Mesurer la température initiale de l’eau notée θi .
Faire valider le montage par le professeur.
Simultanément, mettre en marche le générateur et déclencher le chronomètre.
Mesurer la température θ de l’eau toutes les 30 s, et ce pendant 4 minutes environ (penser à homogénéiser
l’eau).
Eteindre le générateur et débrancher le circuit.
Exploitation
1) L’intensité du courant varie-t-elle au cours du temps ? En déduire sa valeur moyenne.
2) Calculer l’énergie électrique notée Eélec consommée par la résistance chauffante pendant la durée Δt de
fonctionnement
Donnée : Puissance électrique P = R × I2
3) Quel est l’effet du transfert d’énergie électrique vers l’eau ?
4) Calculer l’énergie thermique notée Q emmagasinée par l’eau lors de son augmentation de température.
Données :
Energie thermique Q = m × Ce × Δθ avec la masse m d’eau et sa capacité calorifique Ce = 4,18 J.g-1.°C-1 .
5) En comparant les valeurs précédentes, peut-on dire qu’il y ait conservation de l’énergie totale ? Justifier.
6) Dans le cas du grille-pain, sous quelle forme est convertie l’énergie électrique ? Et avec une lampe à
incandescence ?