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

[...] 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. [...]

[...] 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. [...]

[...] Or on note que la puissance vaut : U²/R Où P puissance électrique en watt, U tension en Volts et R résistance en Ohm. II. Matériel et méthodes utilisées A. Fusion de la glace La première manipulation que nous réalisons a pour but d'étudier l‘évolution de la capacité calorifique Ceau sous différents états à l'aide d'une cuve thermique ainsi que l'évolution de la température au cours de ce changement d'état de l'eau de glace à liquide. Matériels : • Glace pilée = 50g≈) • Multimètre • Sonde de température • Ordinateur (logiciel MasView) + Excel. [...]

[...] On rappelle que théoriquement les valeurs de ces grandeurs physiques sont respectivement : Lf=334 KJ/Kg Ceau= 4180 J/Kg/K et Cglace= 2040 J/Kg/K Calcul de Lf : On sait que : Q=m x Lf et Q=U x I x Δt 12V I=0,62A m=60,5. kg Δt=3100s m x Lf= U x I x Δt ( Lf= On a donc =381 Kj/kg Cette valeur est en accord avec la valeur de l'énoncé puisqu'ils sont du même ordre de grandeur. On peut établir l'écart relatif pour comparer ces deux valeurs. [...]

[...] 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. [...]