La calorimetrie. calorie. métrie. Mesure. Chaleur. Une technique qui permet la mesure de la chaleur

Transcription

1 La calorimetrie

2 La calorimetrie calorie métrie Chaleur Mesure Une technique qui permet la mesure de la chaleur

3 Définition Un calorimètre est une enceinte calorifugée (isolée thermiquement du milieu extérieur) servant à mesurer les propriétés thermiques de corps (en par ticulier leurs capacités thermiques) ou de réactions (énergies de réaction) en mesurant les changements de température qui s y produisent.

4 Différents composants d un calorimètre vase extérieur vase intérieur collerette couvercle opercule

5 Differents types de calorimetres

6 Calorimetre à volume constant Base NaOH (Tf - Ti ) Acide HCl La quantité de chaleur dégagée par la reaction (Q) et absorbée par l eau du calorimètre. Q = m cm (Tf - Ti )

7 Calorimètre à pression constante Calorimètre à bombe chaleur de combustion des reactions Chaleur de combustion Eau La quantité de chaleur dégagée par la reaction de combustion (Q) et absorbée par l eau du calorimètre. Q = m cm (Tf - Ti ) Oxygène nécessaire à la combustion Enceinte où se produit la reaction de combustion (Bombe)

8 Calcul de la température d équilibre d un mélange Les échanges thermiques (accélérés par l utilisation d un agitateur) s effectuent entre : Le vase calorimétrique et les accessoires : ensemble qui se comporte comme une masse d eau μ («valeur en eau» du calorimètre et de ses accessoires) qui voit sa température variée de Ti à Tf, L eau liquide, de masse m, qui voit sa température varier de Ti à Tf, m Ti = μ Ti μ Ti m Ti L eau liquide, de masse m, qui voit sa température varier de Ti à Tf,

9 Exemple de calcul Calcul de la masse en eau du calorimètre (µ) On considère un calorimètre adiabatique, de masse en eau µ à déterminer, contenant 0,200 kg d'eau à la température de 15 C. On y ajoute 0,200 kg d'eau à 45,9 C. La température d équilibre est de30 C. Calculer la masse en eau µ du calorimètre. On donne la capacité calorifique massique de l'eau c = 4180J/(kg C). La température d équilibre est T eq = 30 C Un système "froid", à la température de : Ti = 15 C, comportant : une masse m = 0,200kg d'eau un calorimètre dont la "masse en eau" est µ On ajoute une masse m = 0,200 kg d'eau "chaude (T i = 45,9 C)

10 Principe des mélanges On égale les chaleurs reçue et cédée par les systèmes chaud et froid. Qc + Qr = 0 Chaleur cédée Qc = m' cm (T eq - T i ) Chaleur reçue Qr = (m + µ) cm (T eq - Ti ) cm chaleur massique de l'eau. Qc + Qr =0 m'. cm. (T eq - T i ) + (m + µ).cm. (T eq - Ti ) = 0 µ = 12 g

11 Calcul de la température d équilibre Si on ne tient pas compte de la capacité calorifique du calorimètre. Comme il n'y a aucun échange de chaleur avec l'extérieur, cela implique que la somme des chaleurs échangées Qi au sein du calorimètre est nulle: Qi = 0.

12 Chaleurs latentes de changement d état physique (Fusion, vaporisation)

13 Chaleurs latentes T de vaporisation T C Q = m Lv Vaporisation Q = m cm (T - Tv ) Changement de temperature Q = m cm (T V - Tf ) T de fusion 0 0 C Q = m Lf Fusion Changement de temperature C Q = m cm (Tf - Ti ) Changement de temperature t

14 Le travail

15 Explosion Expansion compression

16 Fonctionnement du moteur à explosion

17 Le travail W = Fext. D P = F/S F = P. S S W = Pext. S. D W = Pext. S. Δh W = Pext. ΔV Pour la compression, le système subit le travail Par convention, il est comptabilisé positivement Pour la compression, ΔV < 0 Afin que W soit > 0 W = - Pext. ΔV

18 Travail reversible Si la transformation est réversible, le mouvement est suffisamment lent pour que la pression s'homogénise dans le gaz. Pext = P δw = - Pext. dv W = - Pext. dv

19 Transformation isotherme (T est constante ) W = - Pext. dv Transformation isochore (V est constante ) dv = 0 W = - Pex dv = 0 Transformation isobare (P est constante ) W = - P. ΔV

20 W = - Pext. dv Transformation isochore P W = - Pex dv = 0 P2 1 Isochore 3 Isotherme Transformation isobare W = - P. ΔV W = - P1. (V2 - V1) P1 Isobare 2 V Transformation isotherme W = - Pext. dv V1 V2

21 Travail irreversible Si la transformation est irréversible, le mouvement est spontané. (très rapide). Pext = Pfinal δw = - Pext. dv = - Pfinal. dv W = - Pfinal. dv W = - Pfinal (V2 -V1)