BTS AE 1ère année année scolaire 2010-2011
TP n°6: mesure de la chaleur latente de fusion de la glace Objectifs : - déterminer la chaleur latente de fusion de la glace
On mesure la baisse de température de l'eau d'un calorimètre adiabatique dont on connait la capacité thermique, après introduction de morceaux de glace.
On dispose du matériel suivant:
– un calorimètre et ses accessoires ;
– un thermomètre gradué au cinquième de degré ;
– une balance électronique ;
– une éprouvette graduée de 500 mL;
– des glaçons;
1. Expérimentation
1- Sortir des glaçons d'un réfrigérateur et les laisser fondre partiellement dans un cristallisoir. On pourra admettre que leur température est alors q2 = 0°C.
2- Introduire dans le calorimètre une masse d'eau m1 = 400 g (soit un volume de 400 mL) et attendre l'équilibre thermique en agitant: mesurer alors la température initiale d'équilibre q1 = ...
3- Prendre 4 ou 5 glaçons. Les sécher avec un papier absorbant. Les peser (rapidement) m2 = ...
4- Introduire les glaçons dans le calorimètre et agiter légèrement en suivant la diminution de la température.
Lorsqu'elle se stabilise, vérifier que la glace est entièrement fondue. Mesurer la température finale q3 à l'équilibre thermique: q3 = ...
2. Exploitations des mesures
On note Lf , la chaleur latente de fusion de la glace (en J.kg-1) (à déterminer donc);
ce, la capacité thermique massique de l'eau: ce = 4180 J.kg-1.K-1; ccal , la capacité thermique du calorimètre : ccal = 40 J.K-1.
1- Le corps chaud est ici l'eau de départ dans le calorimètre. Il reçoit la quantité de chaleur Qchaud ( < 0).
Déterminez l'expression de Qchaud en fonction de m1 , de ce et de la différence de température prise par ce corps : Qchaud = ...
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BTS AE 1ère année année scolaire 2010-2011 2- Déterminez l'expression de Qcal, quantité de chaleur reçue par le calorimètre en fonction de ccal et de la différence de température prise par le calorimètre: Qcal = …...
Quel est le signe de Qcal ici ? Justifiez …...
...
3- Dans le même temps, la glace fond et l'eau obtenue passe de la température q2 = 0°C à la température q3 . Le calcul de Qfroid, quantité de chaleur reçue par la glace (Qfroid > 0) peut s'effectuer en deux temps:
- chaleur reçue par la glace pour fondre à la température constante q2 = 0°C : Q'froid ; - chaleur reçue par la masse m2 d'eau formée pour élever sa température de q2 à q3 : Q''froid ;
Déterminez l'expression de Qfroid = Q'froid + Q''froid en fonction de la masse m2 de glace, de ce , de Lf et des températures q2 et q3 :...
...
4- L'enceinte du calorimètre étant supposée adiabatique, comment s'écrit l'équation calorimétrique ?
...
5- En déduire l'expression de la chaleur latente Lf en fonction de m1 , m2, ce, ccal, q1, q2 et q3 :
...
...
...
6- Calculez Lf : Lf = ...
...
7- Comparez avec la valeur théorique 335 kJ.kg-1 en déterminant l'erreur relative:
...
...
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