TRANSFERTS D`ENERGIE LOI DE JOULE POUR UN

1°S Physique Travaux Pratiques n°11
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TRANSFERTS D’ENERGIE
LOI DE JOULE POUR UN CONDUCTEUR OHMIQUE
Objectif : Vérifier la loi de Joule pour un conducteur ohmique.
Données : Capacité thermique massique de l’eau liquide ceau = 4180 J.kg-1.°C-1 ;
Capacité thermique du calorimètre et ses accessoires Ccal = 130 J.°C-1.
I) Montage expérimental :
Reproduire le montage sur votre feuille sous la
forme d’un circuit conventionnel, où vous
représenterez le courant d’intensité I et la
tension UAB mesurée par le voltmètre.
Réaliser le montage puis faire vérifier par le
professeur.
Dans le montage représenté ci-contre :
- lorsqu’on ferme l’interrupteur, définir les
systèmes qui subissent des transferts d’énergie
et la façon dont s’effectuent ces transferts
d’énergie ;
- donner l’expression de l’énergie électrique
We reçue par le conducteur ohmique de la part
du générateur pendant la durée ∆t ;
- donner l’expression du transfert thermique Q
échangé par le système {calorimètre, eau}
pendant cette durée ∆t ;
- donner la relation, ou loi de Joule pour le conducteur ohmique, entre W
e et Q si l’on suppose que le
calorimètre se comporte comme une enceinte adiabatique.
II ) Protocole expérimental et résultats :
Réaliser le montage, interrupteur ouvert, et mettre 600 mL d’eau froide dans le calorimètre.
Agiter pour obtenir l’équilibre thermique et noter :
- la température d’équilibre de l’ensemble {calorimètre, eau, résistance} : Ti = …………
- la masse d’eau introduite : m = …………
Fermer l’interrupteur et déclencher simultanément le chronomètre.
Relever les valeurs de l’intensité I du courant et de la tension UAB aux bornes du conducteur ohmique :
I = ………… A UAB = ………… V.
Faire le première mesure à l’instant t = 5 min puis toutes les minutes pendant 15 minutes.
K
E = 12 V
Conducteur ohmique
R
Calorimètre
600 mL d’eau
Thermomètre
A
V

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Au cours de l’expérience :
- agiter l’eau pour homogénéiser la température de l’ensemble,
- noter les mesures.
t (min) 5 6 7 8 9 10 11 12
T (°C)
t (min) 13 14 15 16 17 18 19 20
T (°C)
3 ) Exploitation des résultats :
Faire les calculs nécessaires pour compléter le tableau ci-dessous.
Tracer sur le même système d’axes, les graphes We = f(t) et Q = f(t).
t (min) 5 6 7 8 9 10 11 12
We (J)
Q (J)
Ecart (%)
t (min) 13 14 15 16 17 18 19 20
We (J)
Q (J)
Ecart (%)
Comparer We et Q en calculant l’écart relatif e
e
WQW (− .
Commenter les éventuels écarts avec la loi théorique.
Réécrire la loi de Joule en introduisant la valeur R de la résistance du conducteur ohmique.
A l’aide des graphes, déduire de la relation précédente, la valeur de R.
Vérifier le résultat en faisant la mesure à l’ohmmètre.