CHALEUR LATENTE DE FUSION

DE LA GLACE

Pour mesurer la chaleur latente de fusion L_F de la glace, on plonge un morceau de glace à 0°C dans un calorimètre contenant de l'eau à température ambiante et on relève les variations de la température q au cours de temps t jusqu'à la fusion complète de la glace et équilibre thermique.

L'enregistrement de la courbe calorimétrique q = f(t), automatisé, est réalisé avec une interface associée à un ordinateur, un capteur de température (Pt100 ou sonde ST01) préalablement étalonné.

Avant toute mesure, placer des glaçons d'eau distillée dans un récipient contenant de l'eau distillée de manière à les porter à la température de 0°C.

1. Capacité thermique du calorimètre

• Utiliser la méthode des mélanges avec une quantité d'eau proche des conditions expérimentales (par exemple 100 cm³ d'eau chaude + 100 cm³ d'eau froide)

• Ecrire l'équation calorimétrique et calculer la capacité thermique du calorimètre C.

2. Courbe calorimétrique

Capteurs de température

• Sonde de température "Eurosmart ST01" dont les caractéristiques sont indiquées sur le document en annexe.
• Résistance de platine Pt100 et convertisseur R/I dont le montage et l'étalonnage sont rappelés en annexe.

Configuration de l'acquisition

• Choisir comme entrée la voie EA0 et l'un des capteurs précédents dont on précisera la fonction de transfert (amplification et décalage).
• Configurer l'acquisition pour 90 mesures, toutes les 10 s.
• Choisir des échelles cohérentes pour observer la courbe q = f(t) au cours de l'acquisition, la température variant, par exemple, entre 0°C et 30°C.
• Vérifier le bon fonctionnement de la sonde en lançant l'acquisition à température ambiante.

Mesures

• Verser 200 cm³ d'eau distillée dans le calorimètre, placer la sonde dans le calorimètre, attendre quelques instants afin d'atteindre l'équilibre thermique.
• Préparer 4 ou 5 glaçons à 0°C (m » 30 g), les essuyer sur un papier filtre.
• Lancer l'acquisition (F10) et enregistrer la température (°C) pendant 5 minutes.
• Immerger rapidement les glaçons dans l'eau du calorimètre, sans interrompre l'acquisition.
• Agiter doucement et observer sur l'écran l'évolution de la température jusqu'à la fonte totale des glaçons et l'équilibre thermique.
• Prolonger l'enregistrement jusqu'à la dernière mesure (durée totale 15 minutes).
• Sauvegarder vos mesures à la fin de l'enregistrement.

ATTENTION En fin d'expérience, verser le contenu du vase calorimétrique dans une éprouvette afin d'en déduire la masse m de glace introduite dans le calorimètre.

Courbe

3 Chaleur latente de fusion de la glace

• Relever, sur la courbe calorimétrique les valeurs de la température au lancement de l'acquisition et lors de l'introduction des glaçons puis la température minimale et la température finale.

Corrections calorimétriques

On peut observer, avant et après l'introduction des glaçons, que la température ne reste pas constante. Le calorimètre n'est pas une enceinte adiabatique parfaite. Pour évaluer les pertes et en tenir compte dans le calcul de L_F, on utilise la méthode graphique (voir méthode des mélanges)

• Relever, sur la courbe calorimétrique, les valeurs corrigées des températures de départ et d'équilibre.
• Ecrire l'équation calorimétrique et calculer la chaleur latente de fusion L_F de l'eau.
• Imprimer la courbe en indiquant les valeurs remarquables des températures.
• Comparer votre résultat à la valeur réelle de L_F et conclure en recherchant les causes d'erreurs.

N.B. : Résolution

L'interface Fast Lab utilise un convertisseur analogique-numérique 12 bits sur un calibre 10 V.

• Calculer le quantum ou résolution analogique q = U_max/(2ⁿ -1)
• En déduire la sensibilité du capteur de température.
• la correction de température calculée est-elle justifiée ?

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