Noms : Prénoms : Classe : Sujet à rendre obligatoirement avec le compte-rendu de TP Barème S approprier /7 Communiquer /7 Valider /4 Analyser /4 Réaliser /8 Total : /30 Activité expérimentale n 5 : Murs pour accumuler l énergie. Questions Capacités attendues Compétence visée Points attribués 1.1 Rédiger une synthèse Communiquer /3 1.2 Extraire des informations S approprier /1 1.3 Extraire des informations S approprier /3 1.4 Extraire des informations S approprier /1 1.5 Mobiliser ses connaissances Mobiliser /1 1.6 Exploiter des informations Analyser /1 1.7 Exploiter des informations Analyser /1 2.1 Mettre en œuvre un protocole Réaliser /1 2.2 Mettre en œuvre un protocole Réaliser /1 2.3 Mettre en œuvre un protocole Réaliser /1 2.4 Mettre en œuvre un protocole Réaliser /1 2.5 Mettre en œuvre un protocole Réaliser /1 2.6 Utiliser le matériel de manière adaptée. Réaliser /1 2.7 Noter des résultats. S approprier /1 3.1 Proposer une stratégie de résolution de Analyser /2 problème. 3.2 Mettre en œuvre un protocole Réaliser /2 3.3 Noter des résultats. S approprier /1 4.1 Exploiter des résultats Valider /1 4.2 Confronter des valeurs théoriques à des Valider /1 résultats expérimentaux. 4.3 Faire des propositions pour améliorer la Valider /1 démarche 4.4 Interpréter des résultats Valider /1 Ecrire un résultat de manière adaptée (unités, chiffres significatifs, incertitudes...) Communiquer /1 Remarques Devoir global Rendre compte à l écrit en utilisant un vocabulaire scientifique adapté et rigoureux, et présenter son travail sous une forme appropriée. Travailler en équipe, partager des tâches, s engager dans un dialogue constructif, accepter la contradiction tout en défendant son point de vue, faire preuve de diplomatie, négocier et rechercher un consensus. Communiquer /1 Communiquer /2 Introduction : Pour accumuler de l énergie entrant dans une maison, on construit des murs en pierre ou en brique. Pourrait-on choisir un autre matériau, l acier par exemple?
Document 1 : Calorimètre. Le calorimètre est un appareil destiné à mesurer les échanges d'énergie thermique. Cet échange peut se produire entre plusieurs corps, mettre en jeu des changements d'état ou des réactions chimiques. Le calorimètre constitue un système thermodynamique isolé, ce qui implique qu'il n'y a pas d'échange de matière et d'énergie avec le milieu extérieur. Néanmoins, cela ne signifie pas qu'il n'y a pas d'échange d'énergie thermique entre les différentes parties de l'ensemble calorimétrique (composés objets de l'étude, accessoires et paroi du calorimètre...). Un calorimètre est une enceinte fermée isolée du milieu extérieur. Ainsi, les corps placés dans le calorimètre peuvent échanger de l énergie entre eux mais pas avec l extérieur. Par conséquent, la somme des énergies échangées dans une enceinte isolée est nulle. Document 2 : Données physiques et thermodynamiques. Capacité thermique massique de l'eau : C eau = 4,18 J. g -1. C -1 Capacité thermique spécifique moyenne du calorimètre : Ccalo = 150 J. C -1
Document 3 : Le mur à accumulation d énergie.
Document 4:
1 Etude préliminaire. 1. Résumer en quelques lignes le principe d un mur trombe à accumulation d énergie. 2. Quelle est la principale différence entre un mur capteur et un mur trombe? 3. La technique du mur trombe fait appel à trois modes de transferts thermiques. Donnez leur nom et proposez une définition pour chacun. 4. Comment peut- on modifier l énergie interne d un corps? 5. Rappeler la définition de la capacité thermique qui est citée dans le texte. 6. Sachant que la capacité thermique massique d un corps s exprime en J.Kg- 1. C - 1, Quelle peut être la relation entre la variation d énergie interne d un corps et la variation de température de ce corps? 7. Montrer que la capacité thermique massique du solide Cs est :
2 Détermination de la capacité thermique du fer. Attention : S assurer que les balances ont une capacité de mesure suffisante. 2.1. Préparer un bain marie à la température d environ 85 C et y plonger les solides étudiés (fer). 2.2. Verser environ 300mL d eau froide dans le calorimètre. Puis déterminer par pesée, la masse d eau introduite m. 2.3. Mesurer la température de l eau ainsi préparée T1 à l équilibre thermique. 2.4. Mesurer la température du bain- marie T2, puis plonger rapidement dans le calorimètre le solide étudié (sécher le solide avant introduction). On supposera que le solide est à la même température que le bain- marie. 2.5. Agiter puis relever la température de l eau «chaude» Tf atteinte à l équilibre thermique. 2.6. Peser à nouveau le calorimètre afin de déterminer la masse m du solide introduit. 2.7. Compléter le tableau suivant : m(kg) m (Kg) T1 ( C) T2 ( C) Tf ( C) Tf- T1 T2- Tf ( C) ( C) 3 Détermination de la capacité thermique de la pierre. 3.1 Rédiger le protocole expérimental qui vous permettra de déterminer la capacité thermique de la pierre. 3.2 Réaliser ce protocole. 3.3 Compléter le tableau suivant : m(kg) m (Kg) T1 ( C) T2 ( C) Tf ( C) Tf- T1 ( C) T2- Tf ( C) 4 Exploitation. On peut affirmer, en négligeant les pertes, que : L énergie échangée par l eau plus l énergie échangée par le calorimètre plus l énergie échangée par le solide est nulle. Sachant que Cs est la capacité thermique du solide à déterminer en J.Kg -1. C -1. 4.1 Déterminer Cs pour la pierre et pour le fer, 4.2. Comparer aux valeurs figurant dans le tableau ci-après. Solide C en J.Kg - 1. C - 1 Fer 446 Pierre 751 4.3. Proposer des pistes d amélioration du protocole et suggérer les approximations et les sources d erreurs qui ont été faites. 4.4. Répondre à la problématique initiale.