physique chimie

Objectifs :

• Mettre en œuvre un protocole pour estimer la valeur de l'énergie libérée lors d'une combustion.
• Mettre en évidence l'effet Joule et déterminer l'énergie électrique mise en jeu.
• Notion de rendement de conversion.
  

Matériel :

Une canette en aluminium maintenue à l'aide d'un support, une bougie, un thermomètre, une résistance chauffante (2W) à introduire dans la canette, 2 multimètres, un générateur de tension continue 6V, un interrupteur simple, des fils électriques, un chronomètre, une balance au centigramme, un bécher de 200 mL.


Données :

• La cire de bougie est composée majoritairement d'acide stéarique de formule : C₁₈H₃₆O₂.
• Pour que la température d'un gramme d'eau pure augmente de un degré, il faut lui fournir une énergie de 4,18 J. On dit que la capacité thermique massique de l'eau liquide vaut : c = 4,18 J.g^-1.°C^-1.
• Énergie libérée par la combustion d'une mole d'acide stéarique : E_Comb = 10,8.10³ kJ/mol
  

A) Produire de la chaleur par combustion. Partie expérimentale.

Manipulations à réaliser avec soin.
Attention : pour chaque mesure réalisée, vous estimerez la précision et donnerez le résultat avec un nombre de chiffres significatifs adapté.

• Peser la totalité de la bougie       (masse m₁).
• Poser la canette sur la balance et introduire une masse d'eau égale à 150,0 g.
• Réaliser le montage ci-contre :
• Noter la température T₁ initiale de l'eau dans la canette.
  

=> Appel du professeur pour validation -  Appel 1

• Enflammer la bougie puis surveiller la température de l'eau. Mélanger délicatement l'eau toutes les minutes environ. Souffler la bougie lorsque la température de l'eau atteint la valeur T₂ = 35°C
• Peser la totalité de la bougie (masse m₂).
  

B) Produire de la chaleur par utilisation de l'effet Joule. Partie expérimentale.

Chauffer de l'eau par utilisation de l'effet Joule :

Le phénomène de production de chaleur par passage d'un courant électrique dans une résistance se nomme : l'effet Joule.
L'énergie électrique consommée, pendant la durée t, par une résistance traversée par un courant d'intensité I et soumise à une tension U_R s'exprime par : We = U_R x I x t.


Votre travail :

À l'aide du matériel disponible, proposer un protocole expérimental et le schéma d'un montage permettant de chauffer de l'eau par effet Joule et de déterminer l'énergie électrique We consommée par la résistance.


Contraintes à respecter :

• La masse d'eau à chauffer est de 150,0 g.
• L'eau sera prise à température ambiante et chauffée jusqu'à 35°C.
• Un interrupteur sera ajouté dans le circuit.
  

=> Appel du professeur pour validation de votre protocole -  Appel 2

• Réaliser le montage - Interrupteur ouvert. Les calibres des multimètres doivent être correctement positionnés.

=> Appel du professeur pour validation de votre montage -  Appel 3

• Réaliser les manipulations nécessaires au travail demandé.

=> Appel du professeur pour validation de vos mesures -  Appel 4



C) Exploitation des résultats.

Par analyse des données fournies et des résultats de vos manipulations, répondre aux questions ci-dessous.


Chauffage de l'eau par combustion de l'acide stéarique de la bougie :

1. Construire la chaîne énergétique de la manipulation réalisée qui consiste à chauffer l'eau par utilisation de l'énergie libérée par la combustion de l'acide stéarique.
2. Définir et calculer le rendement de cette chaîne énergétique.
   

Chauffage de l'eau par utilisation de l'effet Joule :

1. Construire la chaîne énergétique de la manipulation réalisée qui consiste à chauffer l'eau par utilisation d'énergie électrique.
2. Définir et calculer le rendement de cette chaîne énergétique.
   

Bilan :

Comparer les rendements de deux modes de « production d'énergie »* pour chauffer l'eau.

*En toute rigueur, il ne s'agit pas de production d'énergie, mais il faut distinguer un mode de stockage (chimique-acide stéarique) et un mode de transport de l'énergie (électrique-réseau).