CALORI METRI E - I NTRODUCTI ON AUX METHODES D ANALYSE THERMI QUE

Transcription

1 CALORI METRI E - I NTRODUCTI ON AUX METHODES D ANALYSE THERMI QUE Object if s: - Aperçu de différentes méthodes d «analyse thermique» - Intérêts/Limites de ces méthodes - Des exemples d application Evaluat ion: incluse dans le QCM du module mét rologie

2 CALORI METRI E - I NTRODUCTI ON AUX METHODES D ANALYSE THERMI QUE Plan: - 1. La calorimét rie «st andard» (rappel???) - 2. Principe général des mét hodes d analyse t hermique - 3. Analyse Calorimét rique Dif f érent ielle (DSC) - 4. Analyse Thermogravimét rique (ATG)

3 1. Calorimét rie «st andard» Calorimét rie : «ident if icat ion» des quant it és de chaleur associées à des phénomènes le plus souvent de t ransf ormat ion de la mat ière Applicat ions pr incipales : - mesur e de la quant it é de chaleur associée à une r éact ion chimique ou à une r éact ion physique - mesur e de capacit és t her miques/ chaleur s spécif iques Par exemple : evaluat ion d un PCI. Comment f eriez- vous? evaluat ion d un Cp. Comment f eriez- vous?

4 1. Calorimét rie «st andard» Principe général d un calorimèt re: Le calorimètre «idéal» est un syst ème f er mé et isolé (pas d échange de chaleur ni de travail avec l extérieur) A : cor ps à ét udier B : cor ps «connu» S : enceint e (calor imèt r e) T Calorimètre à pression constante : Q(=0) + Wu = H Calorimètre à volume constant : Q(=0) + Wu = U Wu = t r avail aut r e que celui des f or ces de pr ession (i.e. t r avail électrique)

5 1. Calorimét rie «st andard» Les calorimèt res peuvent êt re: - adiabat iques : Tparoi asservie à Tcalorimètre Wu = H isopériboliques (quasi- adiabat iques) : Tthermostat asservie à Tcalorimètre Qfuite + Wu = H Exemple de calor imèt r es: Bout eille t her mos Vase Dewar Calor imèt r e de Ber t helot Bombe calor imét r ique

6 1. Calorimét rie «st andard» Les calorimèt res peuvent êt re: - a) adiabat iques : Tparoi asservie à Tcalorimètre Wu = H - b) isopériboliques (quasi- adiabat iques) : limit at ion des f uit es, Tenvironnement proche de Tcalorimètre Qfuite + Wu = H Exemple de calor imèt r es: Bout eille t her mos Vase Dewar Calor imèt r e de Ber t helot Bombe calor imét r ique

7 1. Calorimét rie «st andard» Les calorimèt res peuvent êt re: - adiabat iques : Tparoi asservie à Tcalorimètre Wu = H - isopériboliques (quasi- adiabat iques) : limit at ion des f uit es, Tenvironnement proche de Tcalorimètre Qfuite + Wu = H Exemple de calor imèt r es: Bout eille t her mos Vase Dewar Calor imèt r e de Ber t helot Bombe calor imét r ique

8 1. Calorimét rie «st andard» Exemple de calor imèt r es: Bout eille t her mos Vase Dewar Calor imèt r e de Ber t helot Bombe calor imét r ique

9 1. Calorimét rie «st andard» Bombes calorimét riques / calor imèt r e à Appor t Elect r ique Ener gie ext ér ieur e appor t ée : éner gie élect r ique H = Wu = E elec = Ri 2 t

10 1. Calorimét rie «st andard» Les calorimèt res peuvent êt re: c) - à mesures de f lux On mesur e le f lux t her mique gr âce à une «t her mopile»

11 Phot os commerciales

12 1. Calorimét rie «st andard» Pr incipe de mét hodes de calcul - Mét hode des mélanges : - a) dét er minat ion de la capacit é t her mique du cuivr e - b) dét er minat ion d une chaleur de r éact ion - c) dét er minat ion d une chaleur de f usion - d) dét er minat ion d une chaleur de combust ion

13 a) Calorimét rie: Dét erminat ion de la capacit é t hermique du cuivre Calor imèt r e = bout eille t her mos de 0,5 L 1) 260 g d eau dans calor imèt r e; équilibr e t her mique T1 2) I nt r oduct ion échant illon de cuivr e (masse 175,7 g) à T2 3) Nouvelle t empér at ur e à l équilibr e : Teq Exemple : Applicat ion numér ique T 1 = 10 C T 2 = 100 C Teq = 15 C

14 a) Calorimét rie: Dét erminat ion de la capacit é t hermique du cuivre Nécessit é de connaît re la valeur en eau du calorimèt re ( ) Calor imèt r e = bout eille t her mos de 0,5 L 1) 200 g d eau dans calor imèt r e; équilibr e t her mique T1 2) I nt r oduct ion 200 g d eau chaude à T2 3) Nouvelle t empér at ur e à l équilibr e : Teq Exemple : Applicat ion numér ique T 1 = 10 C T 2 = 40 C Teq = 24,25 C

15 a) Calorimét rie: Dét erminat ion de la capacit é t hermique du cuivre Evolut ion Tempér at ur e du calor imèt r e: cas idéal cas r éel Température Teq T1 temps Température Teq T1 Estimation d un terme de perte dans le bilan temps

16 b) Calorimét rie: Dét erminat ion de la chaleur de réact ion : réact ion acido- basique Calor imèt r e (valeur en eau = 88,5 J / K) 1) 200 ml d une solut ion acide dans calor imèt r e; équilibr e t her mique T1 2) I nt r oduct ion de 200 ml d une solut ion basique (à T2) 3) Nouvelle t empér at ur e à l équilibr e : Teq Exemple : Applicat ion numér ique T 1 = 22,2 C T 2 = 22,3 C Teq = 34,1 C

17 c) Calorimét rie: Dét erminat ion d une chaleur de f usion Dans un calor imèt r e : -1) masse m1 d eau à T1-2) int r oduct ion d une masse m2 de glace à T2 < 0 C Élévat ion de la t empér at ur e de glace et f usion Q1 = m2 Cg (0 - T2) + L + m2 Ce (Te 0) Chaleur per due par l eau Q2 = m1 Ce (Te T1) Q1 + Q2 = 0

18 d) Calorimét rie: Dét er minat ion d une chaleur de combust ion dans une bombe calor imét r ique. Cas d un combust ible liquide Syst ème ét udié : O2 + combust ible (m gr ammes) Calor imèt r e : Bombe + eau (M gr ammes) Mise à f eu de la r éact ion. A l équilibr e: Q(comb) : chaleur mise en j eu pour m gr amme de pr oduit à volume const ant (Qv) (Var iat ion d éner gie int er ne). On peut en déduir e la chaleur de combust ion à pr ession const ant e (Qp) (Var iat ion d ent halpie) : Q p Q v +? n(gaz)rt

19

20 d) Calorimét rie: Dét er minat ion d une chaleur de combust ion dans une bombe calor imét r ique. Cas d un combust ible liquide Bombe : O2 + combust ible (m gr ammes) Calor imèt r e : Bombe + eau (M gr ammes) Mise à f eu de la r éact ion. A l équilibr e: Q(comb) : chaleur mise en j eu pour m gr amme de pr oduit à volume const ant (Qv) (Var iat ion d éner gie int er ne). On peut en déduir e la chaleur de combust ion à pr ession const ant e (Qp) (Var iat ion d ent halpie) : Q p Q v +? n(gaz)rt

21 CALORI METRI E - I NTRODUCTI ON AUX METHODES D ANALYSE THERMI QUE Plan: - 1. La calorimét rie «st andard» (rappel?) - 2. Principe Général des mét hodes d analyse t hermique - 3. Analyse Calorimét rique Dif f érent ielle (ACD ou DSC) - 4. Analyse Thermogravimét rique (ATG)

22 2. Principe des mét hodes d analyse t hermique L analyse t her mique désigne t out e t echnique de mesur es où le changement d une propriét é d un échant illon est lié à une variat ion de t empérat ure imposée Dans la pr at ique, on peut dist inguer : les cas où est enr egist r ée une gr andeur suit e à une évolut ion imposée de la t empér at ur e au cour s du t emps (échelons, r ampes, sinusoïdes, et c ) les cas où une t empér at ur e const ant e est imposée Ef f et s de la t empér at ur e sur la mat ièr e

23 2. Principe des mét hodes d analyse t hermique Par exemple Propriét é mesurée Chaleur Dif f ér ence de Tempér at ur e Technique Analyse calorimétrique Différentielle à Balayage (DSC) Analyse Thermique Différentielle (ATD) Masse Analyse Thermogravimétrique (ATG) Dimension Analyse Thermomécanique (ATM)

24 CALORI METRI E - I NTRODUCTI ON AUX METHODES D ANALYSE THERMI QUE Plan: - 1. La calorimét rie «st andard» (rappel?) - 2. Principe Général des mét hodes d analyse t hermique - 3. Analyse Calorimét rique Dif f érent ielle (DSC) - 4. Analyse Thermogravimét rique (ATG)

25 This document was created with Win2PDF available at The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only.