3B Scientific Heat Equivalent Apparatus - Manual (Page 11)

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R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C
7,86 14,97 6,78 18,19 5,70 22,05 4,62 26,84 3,54 33,10
7,84 15,03 6,76 18,26 5,68 22,13 4,60 26,94 3,52 33,24
7,82 15,08 6,74 18,32 5,66 22,21 4,58 27,04 3,50 33,38
7,80 15,14 6,72 18,39 5,64 22,29 4,56 27,14 3,48 33,51
7,78 15,19 6,70 18,45 5,62 22,37 4,54 27,24 3,46 33,65
7,76 15,25 6,68 18,52 5,60 22,45 4,52 27,35 3,44 33,79
7,74 15,31 6,66 18,58 5,58 22,53 4,50 27,45 3,42 33,93
7,72 15,36 6,64 18,65 5,56 22,61 4,48 27,55 3,40 34,07
7,70 15,42 6,62 18,72 5,54 22,69 4,46 27,66 3,38 34,22
7,68 15,47 6,60 18,78 5,52 22,77 4,44 27,76 3,36 34,36
Rapport entre la résistance et la température avec un palpeur de température
•
Après n = 460 rotations, conclure l’expérience et
lire la résistance : R
2
= 3,99 k
Ω
(T
2
= 30,26 °C).
Comme la température augmente encore un peu
directement après conclusion de l’expérience (ho-
mogénéisation de la répartition de la tempéra-
ture), on note comme valeur de mesure la résis-
tance maximale qui est atteinte quelques secon-
des après la fin de l’expérience. Ensuite, la résis-
tance se remet à augmenter, car la température
du cylindre retombe par l’échange de chaleur avec
l’environnement.
4.1.2 Evaluation de l’expérience
•
Le travail W est défini comme le produit de la force
F et du parcours s
W = Fs
(2)
•
Lors du frottement, la force
F = m
A
g (3)
(g représente l’accélération de la pesanteur) agit
le long du parcours
s = F n
π
D
r
(4)
•
On utilise les équations 3 et 4 dans l’équation 2
pour obtenir :
W = m
A
gn
π
D
R
= 5,22 x 9,81
x 460 x 3,1416 x 0,04575 Nm = 3386 Nm (5)
•
La chaleur accumulée dans le cylindre
∆
Q résulte
de la différence de température (T
2
– T
1
) et de la
capacité thermique spécifique indiquée au para-
graphe 2 :
∆
Q = c
A
m
A
(T
2
– T
1
) = 0,86 x 0,249
x (30,26 – 14,60) kJ = 3353J (6)
•
Dans cet exemple, l’écart entre le travail et la cha-
leur ne présente qu’environ 1%. En raison de to-
lérances inévitables dans la composition du ma-
tériau (l’aluminium pur est très mou et ne peut
guère être traité mécaniquement, aussi utilise-t-
on toujours des alliages), la capacité thermique
spécifique peut néanmoins varier sensiblement.
Il est recommandé de la déterminer individuelle-
ment pour chaque cylindre. La méthode la plus
simple est un réchauffement électrique, sous-en-
tendu d’avoir une équivalence entre la chaleur et
l’énergie électrique.
4.2 Conversion de l’énergie électrique en chaleur
4.2.1 Réalisation de l’expérience
•
Une fois refroidi, le cylindre est vissé au support
(mêmes conditions qu’au cours de l’expérience sur
le frottement) et le palpeur enfiché. Après quel-
ques minutes, qui doivent s’écouler pour obtenir
une répartition homogène de la température, la
résistance du palpeur s’élève à R
1
= 8,00 k
Ω
(con-
formément à T
1
= 14,60 °C d’après l’équation 1).
•
A présent, le bloc d’alimentation préréglé (cf. pa-
ragraphe 3) est branché à l’élément chauffant et
un chronomètre démarré. Noter la tension et le
courant (affichage sur le bloc d’alimentation) :
U = 11,0 V ,
Ι
= 0,510 A
•
Après t = 600 s, conclure l’expérience et lire la
résistance :
R
2
= 3,98 k
Ω
(T
2
= 30,32 °C).
4.2.2 Evaluation de l’expérience
•
L’énergie électrique E est le produit de la puis-
sance P et du temps t. La puissance est quant à
elle le produit de la tension et du courant. On a
alors l’équation suivante :
E U T = = 11,0 x 0,512 x 600 = 3379Ws I (7)
•
Au cours de cette expérience, la chaleur amenée
s’élève à
∆
Q = c
A
m
A
(T
2
– T
1
) = 0,86 x 0,249
x (30,32-14,60) kJ = 3366J (8)
•
Encore une fois, E et
∆
Q coïncident très bien.