ENONCE : Etude de changements d états : Processus d ébullition de l eau (Niveau seconde générale)

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1 ENONCE : Etude de changements d états : Processus d ébullition de l eau (Niveau seconde générale) Nous allons, dans cette activité, étudier le changement d état liquide à l état gazeux correspondant à la vaporisation. Objectif de l activité : Etudier le processus d ébullition de l eau. Matériel nécessaire : - Un dispositif d acquisition et d analyse de données EA 200 ( connectable à une calculatrice graphique CASIO) - Une sonde de température (CASIO ou VERNIER) - Une calculatrice CASIO Graph 35+ USB (ou Graph 75/95, Fx-CG20, Graph 100+ USB, ClassPad 330) - Un câble SB-62 pour le transfert de données avec la calculatrice - Une plaque chauffante - Un bécher de 400 ml - Un support et une pince - De l eau Description de l activité : 3 canaux CH 3 CH2 CH1 Connexion Calculatrice On / Off - Connecter la calculatrice au module EA-200 (cordon SB 62 pour le transfert de données). - Connecter la sonde de température au module EA-200 (Choisir le canal CH1). - Verser 200 ml d eau dans un bécher de 400 ml. - Immerger dans l eau la sonde de température. - Chauffer le bécher à l aide de la plaque chauffante. - Relever les variations de températures à l aide du module EA Afficher la courbe de température à l aide de la calculatrice. G35 + EA -200 Sonde Eau Bécher Plaque chauffante Travail de synthèse : A l aide de la courbe identifier les différentes phases dans le processus d ébullition de l eau en expliquant l évolution de la température et donner les temps écoulés pour chaque changement de phase. 1

2 Correction avec la Graph 35 + USB Nous allons proposer la correction avec le modèle de calculatrice Graph 35 + USB. Les démarches sont analogues pour les autres calculatrices graphiques disposant du module E-CON 2. A- Initialisation de la calculatrice pour la sonde de température Sélectionner MENU puis se déplacer à l aide du bouton directionnel sur l icône E-CON 2 puis faire EXE ou alors taper ALPHA log (B). Taper F1 (Setup EA 200 ) pour définir le mode de fonctionnement puis F1 (WIZ) pour choisir le type de sonde CASIO ou VERNIER. Taper F1 pour une sonde CASIO. Ensuite à l aide du bouton directionnel se déplacer sur la ligne Température pour sélectionner la sonde de température avec EXE. Puis sélectionner C EXE. Choisir la durée de l enregistrement par exemple en secondes : 900 (15 minutes) EXE Puis l unité : 1 : sec EXE Puis confirmer par F1 (OK) Pour initialiser le Set up taper 1 Start Setup Puis faire EXE, la calculatrice se met alors en attente d un signal de départ de l acquisition des données 2

3 B Exemple d acquisition de données de températures Après l initialisation de la calculatrice on peut commencer l acquisition des données en tapant EXE. Mettre en marche alors la plaque chauffante. Pour une durée d enregistrement de 900 secondes le système fait une acquisition toutes les dix secondes, soit 90 acquisitions. Pour sauvegarder les résultats, faire EXIT sélectionner F2 (DATA) puis F2 (SAVE) puis Saisir alors un nom de fichier, par exemple : TEST Les touches qui s affichent sont les lettres en rouge situées au-dessus des touches. Valider avec EXE. Puis indiquer un numéro de mémoire, par exemple 2 et EXE car la mémoire 1 est déjà prise. Pour afficher la courbe de température il suffit de sélectionner F6 (DRAW) Si on veut étudier la température du palier et le temps mis pour atteindre le palier, on peut sélectionner SHIFT F1 (Trace) et se déplacer avec le bouton directionnel. On voit, dans ce cas que l on atteint un palier pour une température de C au bout de 210 secondes et que l on quitte ce palier à 780 secondes. 3

4 C- Synthèse des résultats Dans l analyse du diagramme des températures obtenu lors de l acquisition vue en B, on peut constater 3 phases principales : Premières phase : Lorsque l eau est chauffée la température augmente jusqu à atteindre un palier situé à environ à une température de 100 C au niveau de la mer (cette température est plus basse si on se trouve en altitude). Dans notre exemple, la température de 100,17 C est atteinte au bout de 210 secondes (3.5 minutes) Deuxième phase : On constate que l on atteint un palier au tour de 100 C qui est la température d ébullition de l eau. La température va rester presque constante sur ce palier. En effet, dès que la température d ébullition est atteinte les premières molécules d eau à l état gazeux apparaissent et la température reste constante, lorsqu il s agit d un corps pur comme l eau, tant qu il reste des gouttes d eau à l état liquide. Troisième phase : Lorsque tout le liquide est passé sous forme gazeuse la température ne va plus rester constante et va commencer à augmenter à nouveau. Dans notre exemple cette troisième phase démarre au bout de 780 secondes. L acquisition de données s arrête après que 900 secondes (15 minutes) se soient écoulées depuis le début de l expérience. 4

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