TP6 – Loi de Joule
LAML 2
eBC
1 Sujet / But
On se propose de vérifier la loi de Joule qui dit qu’un conducteur ohmique, de résistanceR, parcouru par un courant d’intensité I pendant une durée∆t dissipe par effet Joule une chaleur Qdonnée par :
Q=RI2∆t
2 Préparations avant le TP
— Calorimétrie : connaître les notions de chaleur et chaleur massique et les formules correspondantes
— Pour le point 3.1 : connaître la notion de valeur en eau d’un calorimètre et établir la relation mathématique qui permet de la calculer à partir des mesures prises au TP.
— Pour le point 3.2 : réfléchir quelles mesures sont à prendre au TP et comment en faire la représentation graphique pour vérifier la loi de Joule et en tirer la résistance cherchée.
3 Méthode
Si on suppose que la résistance reste constante durant toute l’expérience, il faut vérifier deux proportionnalités :
1. entre l’énergie dissipée et le temps de chauffage
2. entre l’énergie dissipée et le carré de l’intensité du courant
3.1 Valeur en eau du calorimètre
Comme le calorimètre subira la même variation de température que l’eau contenue dans le récipient, il faut tenir compte de sa capacité calorifique. On détermine pour cela la « valeur en eau » du calorimètre c’est-à-dire la masse d’eau ayant même capacité thermique que le calorimètre.
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Verser dans le calorimètre 60 ml d’eau chaude (environ 60◦C). Agiter et attendre un peu pour que l’équilibre thermique soit réalisé. Noter la températureθ1. Rajouter dans le calorimètre 60 ml d’eau froide dont la température sera mesurée au préalable et notéeθ2. Agiter et attendre de nouveau que l’équilibre thermique soit réalisé. Noter la température d’équilibreθf.
Le principe de conservation de l’énergie nous indique que la chaleur cédée par l’eau chaude et le calorimètre est égale à la chaleur reçue par l’eau froide. Traduire cette relation sous forme mathématique, en notant µla valeur en eau du calorimètre. Déterminer la valeur en eau du calorimètre. On donneceau= 4,18J kg−1K−1
Dans la suite cette valeur en eau sera ajoutée à la masse d’eau réellement présente dans le calorimètre pour tenir compte de la capacité thermique du récipient lors des expériences.
3.2 Vérification de la loi de Joule
Pour les mesures qui suivront, on utilisera à chaque fois 120 ml d’eau froide dans le calorimètre.
Réfléchissez quelles mesures il faudra prendre pour vérifier les deux relations de proportionnalité indiquées ci-dessus, sachant que l’énergie dissipée sera évaluée via la variation de température de l’eau.
Faire deux représentations graphiques permettant de vérifier les deux proportionnalités et indiquer leur validité via un calcul de régression.
Déterminer à l’aide des graphiques la valeur de la résistance de chauffage et son incertitude et comparer-la à une mesure directe réalisée avec un ohmmètre.
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