Thermodynamique : fusion de la glace et régulation de température

Thèmes abordés

Thermodynamique, fusion de la glace, régulation de température, échanges d'énergie, matières, dispositifs électriques, température, chaleur, réaction chimique

Résumé du document

La thermodynamique étudie les lois qui gouvernent les échanges d'énergie et de matière d'un système avec le milieu qui l'entoure. On se propose ici d'étudier et de comprendre quelques lois de cette discipline en abordant la notion de calorimétrie et en étudiant différents équilibres thermiques à travers divers dispositifs électriques. On cherchera notamment à comprendre comment la température influe sur le changement d'état d'un composé et quelles peuvent être les applications de ce phénomène.

Extraits

[...] D'autre part la température de coupure à la montée est souvent un peu supérieure à celle de remise en route à la descente (c'est l'hystérésis), ce qui évite une usure rapide des contacts électriques. Il en résulte des va-et-vient autour de la consigne. La puissance minimale choisie pour réguler la température a été de 20 W. Remarques : ▪ On peut deviner qu'augmenter la puissance ne permettrait pas d'avoir une meilleure précision, au contraire, cela rendrait le dispositif d'autant plus imprécis. [...]

[...] En d'autres termes, l'équilibre n'est plus atteint lorsqu'il n'y a plus d'échange d'énergie dans les différentes parties du système. Le changement d'état dans le thermostat provoque une ouverture ou fermeture du circuit et par conséquent une régulation thermique. Enfin la répétition de ce cycle est à l'origine des fluctuations observées. Dans d'autres circonstances, les thermostats sont utilisés aux quotidiens dans divers appareils tels que le fer à repasser, le radiateur ou encore les fours. Figure 1 : Photo du montage de notre première manipulation. [...]

[...] Ce dernier nous sera utile afin de pouvoir calculer les capacités calorifiques de la glace et de l'eau liquide. On sait que : m x Cg x Δt et que U x I x T ( m x Cg x Δt = U x I x T On cherche Cg= Or graphiquement nous avons déterminé . Ainsi on peut dire que notre expression est équivalente à Cg= x = Pour Cg nous obtenons donc 7067 J/kg/K Ecart-Relatif = 2,49. Calcul de la capacité calorifique de l'eau liquide : Par la même méthode, pour c eau liquide= 4675 J/kg/K Écart relatif= = Nos résultats ne concordent pas du tout avec les valeurs réelles. [...]

[...] Celui-ci par transmission de chaleur réchauffe la cuve elle-même. Ainsi pour concentrer la chaleur apporter par effet Joules et réchauffer seul le contenu, la mise en place d'un isolant réfléchissant les rayons infrarouges (émetteur de chaleur) derrière la résistance permettrait de compenser cette perte. (Exemple : matériaux identiques aux couvertures de survie) Pour améliorer cette expérience, nous aurions donc pu : • Utiliser un agitateur dans la cuve, afin d'homogénéiser • Se munir d'un meilleur multimètre avec un meilleur calibrage • Augmenter l'intervalle de temps dans le relevé de mesures • Utiliser un meilleur isolant de la cuve. [...]

[...] Matériels : • Thermostat • Générateur 12V • Capteur thermocouple • Ordinateur (logiciel MasView) + Excel • Multimètre. On réalise le montage et protocole suivant : ❖ La température de consigne est fixée à 35°C ❖ Le générateur sera alimenté à 12V ❖ On introduit le thermocouple dans le thermostat et on lance l'enregistrement • ❖ On réalise plusieurs allumages-extinction puis on arrête l'enregistrement ❖ On extrait la courbe de cet enregistrement (température en fonction du temps). Figure 4 : Schéma de notre manipulation. [...]