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travaux pratiques de physique pour techniciens supérieurs chimistes

1. Temps n cessaire pour que la grandeur de sortie s augmente partir de sa valeur initiale de 10 de sa variation totale tn temps de mont e Le mesurande est la grandeur que l on cherche mesurer dans notre cas une temp rature P Kohl ENCPB juin 2006 page 127 T P N 21 Intervalle de temps correspondant la croissance de s de 10 90 de sa variation totale Pour un chelon de grandeur capt e entra nant la d croissance de la grandeur de sortie s tc temps de retard la chute ou d lai de chute Temps n cessaire pour que la grandeur de sortie s diminue partir de sa valeur initiale de 10 de sa variation totale te temps de chute Intervalle de temps correspondant la d croissance de s de 10 90 de sa variation totale 4 Mod lisation la r ponse d un capteur du premier ordre Bien que les d finitions puissent dans la pratique tre suffisantes nous vous proposons ici les mod les th oriques 4 1 tude th orique de la mont e Pour une grandeur d entr e e d fini par e 0 pour t lt 0 et e es pour t gt 0 l quation diff rentielle du syst me s crit a Bs m t a m baeas Sa solution est S S e o So ns valeur de s en r gime permanent A A t B constante de temps du syst me rest la dur e au bout de laquelle s s l1 e s 1 0 37 0 63 s Le temps de r
2. R 10xA B x 10 DXR 100 Couleurs Chiffres Tol rances Noir 0 1 Brun D Rouge CD Orange A Jaune Vert Bleu Violet Gris Blanc O1 CD 1 D Argent N ant Exemple Soit un composant rep r par les couleurs suivantes Vert Violet Jaune Or Sa valeur sera R 10x5 7 x 10t 570 000 Q 570 KQ P Kohl ENCPB juin 2006 page 16 dition 2006 T P N 3 DOCUMENT N 2 LE MATERIEL A O I P LES BOITES A DECADES Vue ext rieur haut Sch ma de principe rep re e Les bo tes sont encastrables de telle sorte qu il soit possibles de r aliser des montages compacts e Si une bo te est utilis e entre les bornes et M elle permet de r aliser une r sistance connue que l on peut faire varier volont entre 0 x 101 Q et 11 x 10n Q n est un nombre entier e Il existe toute une gamme de bo tes de n 1 ou x 0 1 n 0 ou x 1 jusqu n 6 ou x 106 e Sur chaque bo te est inscrit la valeur du courant maximal admissible sous peine de d t rioration e La pr cision garantie par le constructeur est indiqu e sur un c t de la bo te 0 2 ou 0 5 selon la valeur de n e Il faut toujours viter de faire passer inutilement du courant entre deux mesures les r sistances s chauffent et leur valeur peut l g rement varier Les bo tes ohms D aspect ext rieur semblable elles permettent d obtenir antre et M des r sistance
3. T P N 7 Trois sondes r sistives sont tudi es simultan ment une sonde constitu e par du fil de cuivre de r sistance de l ordre de 25 Q une sonde dite Pt 100 constitu e d un fil de platine de r sistance 100 Q 0 C une thermistance C T N thermistance Coefficient de Temp rature N gatif Le but est d tablir pour chaque type de sonde une relation d talonnage reliant la r sistance la temp rature 1 Montage Les trois sondes sont tudi es simultan ment Chacune est plac e dans un tube essais Le tube contenant le fil de cuivre verni contient de la glyc rine Les trois tubes sont install s dans une cuve thermostatique aussi pr s que possible les uns des autres Un thermom tre num rique est plac dans la cuve pr s des tubes Un multim tre num rique utilis comme ohmm tre permet de lire chaque temp rature la valeur de la r sistance de chacune des sondes 2 Mode op ratoire 2 1 Premi re mesure s Introduire de la glace dans la cuve thermostatique remplie d eau amp Agiter manuellement et attendre que la temp rature se stabilise On lit alors la temp rature 0 sur le thermom tre amp Mesurer successivement cette temp rature 0 les r sistances des trois sondes que l on notera Rcuo Rpto et RCTNo 2 2 Mesures suivantes Enlever la glace qui reste dans la cuve amp En utilisant le chauffage r aliser alors au vol une s rie de 15 mesures bien
4. 2 3 Montage et talonnage des capteurs Sch ma de montage lectrique des capteurs de temp rature et de pression E 25 V Capteur de temp rature Capteur de pression Programmer une acquisition en XY Suivant OX Voie A on captera la tension image de la temp rature Suivant OY Voie B on captera la tension image de la pression talonnage des deux sondes amp Pour la sonde de temp rature Il s agit d une sonde Pt 100 pr vue pour fonctionner entre 0 C et 100 C On proc dera son talonnage de fa on manuelle o 1V gt 0 C a 5V gt 100 C amp Pour la sonde de pression Le constructeur annonce qu elle fonctionne en pression relative entre 1 et 0 bar Nous pouvons donc consid rer qu elle permettra des mesures entre 0 et 1 bar en pression absolue Pour son talonnage nous prendrons les deux pressions extr mes r alisables o la pression atmosph rique tant la plus forte o la plus faible tant celle r alis e par le dispositif de pompage R alisation de l talonnage l talonnage de la pression maximale Pmax o Lire sur un barom tre la pression atmosph rique du jour H en mm Hg o La pression l int rieur du dispositif tant gale la pression atmosph rique H en mm Hg Convertir cette valeur en pascals pour obtenir Pmax et talonner le premier point Il suffit de donner au logiciel la valeur de Pmax en pascals 2 talonnage de la pression minimale Pin o V
5. Tracer la courbe de la temp rature en fonction du temps 4 2 Calculs C EE partir de l quation calorim trique calculer la chaleur latente de vaporisation Lv Appr cier la pr cision sur cette mesure 4 3 Conclusion amp Exprimer le r sultat final de votre mesure P Kohl ENCPB juin 2006 page 66 dition 2006 T P N 11 MANIPULATION N 7 ENTHALPIE DE DISSOLUTION D UN SOLIDE IONIQUE DANS L EAU PAR LA METHODE DES MELANGES 1 PRINCIPE Donn es exp rimentales relever pendant l exp rience capacit thermique du calorim tre C u C 3 l y capacit thermique massique de l eau Ceau 4 186 10 kg K masse d eau initialement pr sente dans le calorim tre eT u Me temp rature initiale stabilis e 0 u 0 la masse du solide ionique introduite m u m temp rature finale stabilis e du p 0 u 0 syst me crire l quation calorim trique en admettant que la transformation est adiabatique o l enthalpie de la r action est not e AH amp En d duire l expression litt rale de l enthalpie de r action AH Remarque La dissolution tant tr s rapide on ne tiendra pas compte de la chaleur correspondant la variation de temp rature du sel solide 2 MODE OP RATOIRE 2 1 Pr paration de la mesure Le vase calorim trique doit tre en Pyrex Le solide ionique tudi est le chlorure d ammo
6. amp partir de l quation calorim trique calculer la quantit de chaleur A H mise en jeu dans cette r action Pour cela on pourra assimiler les capacit s thermiques des solutions utilis es celles de l eau Ci C2 x Ceau avec cC 4 186 k J kg K eau amp Calculer les quantit s de mati re utilis es en utilisant les relations n cV o V rifier que l on a bien exc s de soude m Peau d V Acide chlorhydrique sur hydroxyde de sodium Ny gt na Acide orthophosphorique sur hydroxyde de sodium n gt sxn amp Calculer alors l enthalpie molaire des r actions 5 3 Conclusion amp Comparer les r sultats obtenus pour les deux acides tudi s amp Que peut on en conclure P Kohl ENCPB juin 2006 page 70 dition 2006 T P N 11 MANIPULATION N 9 ENTHALPIE DE LA R ACTION DU ZINC SUR LE SULFATE DE CUIVRE PAR LA METHODE DES MELANGES 1 PRINCIPE Le calorim tre contenant une solution de sulfate de cuivre on y introduit une quantit connue de poudre de zinc Donn es exp rimentales relever pendant l exp rience capacit thermique du calorim tre C u C pyrex capacit thermique massique de la Ca u ca solution masse de la solution de sulfate de cuivre 5 _ ELN ma u ma pr sente dans le calorim tre temp rature initiale stabilis e 0 u 0 masse de
7. l cran pression et temp rature constantes quilibre du syst me Nous pouvons alors acqu rir ce point de mesure en appuyant sur la barre d espacement du clavier Augmenter tr s l g rement la pression dans l enceinte en faisant p n trer un peu d air l aide du robinet Rp D s que le liquide bout nouveau et que les deux indications sont stabilis es faire une nouvelle acquisition amp R aliser ainsi une quinzaine de mesures r guli rement r parties jusqu revenir la pression atmosph rique Conseil Proc der toujours dans le sens des temp ratures croissantes et valuer l tat d bullition de fa on identique chaque fois amp En fin de manipulation fermer le robinet Rt avant d arr ter la trompe eau amp Quand l acquisition est termin e enregistrer imm diatement les donn es 3 EXPLOITATION DES DONN ES EXP RIMENTALES 3 1 Visualisation du graphe p f 6 amp D crire la courbe obtenue Il s agit de la courbe d bullition du liquide tudi 3 2 V rification de la formule de Rankine Le but de cette exploitation est de confronter vos r sultats exp rimentaux avec un mod le empirique qui doit refl ter le mieux possible le ph nom ne tudi Cr er deux nouvelles variables o ln P 1 1 T 6 273 15 amp Visualiser le graphe In p f x 1 T 3 x a amp Donner l quation de la droite de r gression sous la forme ln p r b C est la form
8. vidence mais aussi le dosage de fonctions acides tr s faibles quand la pH m trie est limit e dans ce domaine et la conductim trie parfois possible P Kohl ENCPB juin 2006 page 73 T P N 11 2 MODE OPERATOIRE 2 1 Pr paration de la mesure Le vase calorim trique doit tre en Pyrex Acide chlorhydrique Acide orthophosphorique amp Introduire la prise d essai F 100 cm Introduire la prise d essai E 50 cm de de solution d acide chlorhydrique de solution d acide orthophosphorique de concentration molaire c l mol L dans concentration molaire c l mol L dans le calorim tre dont on a d termin la le calorim tre dont on a d termin la capacit thermique C capacit thermique C Ajouter 350 g d eau amp Ajouter 350 g d eau amp Mettre en place la sonde de temp rature et son circuit lectrique d acquisition amp Pr parer la burette contenant la soude Acide chlorhydrique Acide orthophosphorique De concentration cp 1 mol L De concentration cp 2 mol L Mesurer au densim tre les densit s d de la solution d acide et d de la solution de soude 2 2 Acquisition des donn es L acquisition se fait en fonction du volume de soude introduit au clavier amp Noter V le volume de soude ajout e amp Rechercher les valeurs des volumes maxima programmer s S assurer de la stabilit relative de la temp rature initiale amp Effectuer une pr
9. 1 d p a y S2 gt 2 P y dp Or dp p g dh et dp p gdH 1 7 dh h gt gt y dH H Soit finalement H i H h P Kohl ENCPB juin 2006 page 113 TP N 18 Mesure de y par une m thode acoustique P Kohl ENCPB juin 2006 page 114 dition 2006 T P N 18 MESURE DE y PAR UNE M THODE ACOUSTIQUE 1 DISPOSITIF EXP RIMENTAL 1 1 Mat riel On dispose o d un g n rateur basses fr quences muni d un fr quencem tre G B F a d un haut parleur de diam tre 50 mm H P o d un tuyau sonore de longueur L 1 04 m tre o d un microphone et de son module d amplification a d un oscilloscope 1 2 Sch ma du montage G BF H P Attention il est polaris OSCILLOSCOPE Tuyau sonore Microphone lt gt Sortie 50 Q raccord AMPLI PNC banane Cordon coaxial avec raccord 2 fils bananes 1 3 Mise en place du haut parleur et du microphone amp Caler le haut parleur au fond du raccord et placer le microphone au ras de la sortie du tube on pourra s aider d une cale en papier Dans ces conditions la longueur L entre le haut parleur et le microphone vaut L 1 04 m Cette longueur devra tre constante pendant toutes les mesures 1 4 Principe de la manipulation On cherche mesurer la vitesse du son dans l air Pour ce faire on fait varier la fr quence mise par le haut parleur entre une fr quence 1 kHz 2 kHz et l on rel ve les fr
10. Comparer qualitativement ce volume V au volume initial V R2 Q3 Comment peut on qualifier la transformation gt R3 Q4 Que se passe t il quand on introduit l air rapidement Quelle interpr tation proposez vous R4 Q5 Si l on note cette transformation gt gt comment peut on qualifier les deux transformations qui s op rent Indications Si la premi re gt est provoqu e la seconde gt est spontan e R5 Pour viter cela il faut donc comprimer lentement l air au cours de la transformation DO gt 3 2 Seconde gt et troisi me gt transformations Soulever bri vement la soupape S de fa on laisser chapper le surplus d air introduit La pression retombe rapidement la pression atmosph rique 0 de l chelle puis remonte lentement pour atteindre un niveau stable rep rable par la d nivellation h Relever la d nivellation h Questions en cours de route suite Q6 Comment peut on qualifier la transformation gt R6 Q7 Comment peut on qualifier la transformation gt R7 Q8 Repr senter dans un diagramme de Clapeyron en traits pleins la s quence des trois transformations 0 gt 0 gt 0 gt 0 en pointill s la transformation viter 0 gt 0 gt 4 Exploitation des donn es La th orie voir en annexe permet de montrer que y amp Effectuer la manipulation pr c dente de fa on recueillir
11. RaR o ES EE 1 4 Valeur affich e par le constructeur amp Trouver les valeurs indiqu es par le constructeur l aide du code des couleurs voir Document N 1 p 16 amp Mettre aussi les r sultats sous la forme R tu R dans un tableau en calculant t V3 EUR amp Les valeurs mesur es sont elles compatibles avec celles indiqu es par le constructeur l incertitude due la tol rance indiqu e par le fabricant u R i En r gle g n rale la valeur d une r sistance est affich e par l interm diaire du code des couleurs qui se mat rialise sur le composant par quatre anneaux color s Dans un lot de fabrication donn le constructeur se donne une marge pour la valeur de la r sistance c est la tol rance qui est exprim e en pourcentage de la valeur affich e Par exemple R 570 Q 20 de R Il assure ainsi l utilisateur qu au moment de la livraison la r sistance a une valeur comprise entre 456 Q lt R lt 684 Q Le niveau de confiance que l on peut accorder l indication du constructeur s am liore quand la tol rance diminue et quand le prix du composant augmente P Kohl ENCPB juin 2006 page 12 dition 2006 T P N 3 2 Pont de Wheatstone Pont de mesure de r sistances ce montage pr sente tous les inconv nients d un pont le montage est lourd la mesure est d licate mais heureusement tous les avantages pr cision etc 2 1 Pr
12. compte amp Refaire plusieurs fois l op ration pour v rifier la concordance des mesures 6 Travail effectuer 6 1 But du travail Nous tudions le comportement du sodium dod cyle sulfate C 12H25NaSO4 en fonction de sa concentration dans l eau Il s agit d un tensioactif commun ment utilis dans l industrie des d tergents et en g nie g n tique pour d naturer des prot ines Vous tes charg de d terminer la valeur de la concentration micellaire critique CMC C est dire la concentration partir de laquelle la surface est satur e en tensioactif et partir de laquelle la formation de micelles au sein de la solution d bute vraiment 6 2 M thodologie exp rimentale corr lation de deux m thodes amp Vous disposez d une solution m re 0 1 mol L d une burette de 25 mL de b chers etc Cela doit vous permettre de balayer une large tendue de concentrations 0 1 10 mol L au moins 10 dilutions Pour chaque dilution mesurer la tension superficielle avec la balance Lauda et la conductivit avec le conductim tre Tacussel CDM 210 cf T P 5 p 20 et sq Dresser un tableau des r sultats amp Tracer les courbes de la tension superficielle et de la conductivit en fonction de la concentration 6 3 Interpr tation des mesures amp Commenter chacune des courbes obtenues Utilisez ces courbes pour obtenir la valeur de la CMC amp Tenter une interpr tation
13. dition 2006 T P N 5 1 Principe d une mesure conductim trique Sont conducteurs du courant lectrique non seulement les m taux les porteurs de charges sont alors uniquement des lectrons et les semis conducteurs les porteurs de charges sont de deux types lectrons et trous positifs mais aussi certains milieux liquides que l on appelle des solutions lectrolytes Les porteurs de charges sont des anions n gatifs et des cations positifs Cas d un m tal Pour un m tal la r sistance est donn par la relation S o l est la longueur du conducteur S sa section droite p la r sistivit du m tal l LM 2 EE S Cette r sistivit p d pend de la nature du m tal et pour un m tal donn de la temp rature Cas d un lectrolyte Pour une solution lectrolytique on peut reprendre la m me relation condition de plonger dans le liquide une cellule conductim trique constitu e par deux lectrodes de platine platin recouvertes de platine pulv rulent planes parall les l une l autre assujetties par un support distance fixe l une de l autre La longueur 1 de la solution conductrice correspond la distance entre les lectrodes et la section S la surface en regard des deux lectrodes L La r sistivit p d pend de la nature des esp ces ioniques pr sentes dans le milieu de leurs concentrations de la temp rature On pourra effectuer la mesure de la r sista
14. e amp L introduire dans la fiole jaug e amp Compl ter jusqu au trait de jauge avec de l eau distill e 1 2 Mesures amp Mesurez la conductivit de chacune des solutions sans oublier la solution m re amp Pensez appr cier l incertitude pour chaque mesure 1 3 Tableau des r sultats On effectuera les calculs suivants en tenant compte des incertitudes de mesure pour exprimer les r sultats avec le nombre convenable de chiffres significatifs DES ne a EE oew J SES A 7 a S m D Remarque Dans tous les calculs les concentrations sont exprimer en mol m C est dire en se pla ant dans le Syst me International d unit s Si l on conserve la mol par litre comme unit de concentration on aurait nt 1000 c 1 4 Exploitation des r sultats Tracez les courbes A f C et A ANCE courbes 1 et 2 Commentez les bri vement amp Donnez l quation de la seconde courbe amp Effectuez sur cette seconde courbe l extrapolation molaire limite A du bromate de potassium P Kohl ENCPB juin 2006 page 30 dition 2006 T P N 5 2 Etude des propri t s d un lectrolyte faible On tudie une s rie de solutions d acide ac tique CHCOOH 2 1 Pr paration d une s rie de solutions A partir de la solution m re de concentration c 1 mol L effectuer les dilutions suivantes 2 2 Mesures Mesurer au conductim tre la conductivit de chacune des s
15. quences o la tension recueillie par le microphone passe par un maximum Le tuyau sonore tant le si ge d ondes stationnaires ces maxima correspondent des maxima de pression d air sur le microphone Comme au niveau du haut parleur l amplitude sonore est aussi maximale la longueur du tuyau contient un nombre entier de demi longueurs d ondes Si k est un nombre entier la longueur d onde v la vitesse du son f la fr quence et i le 17 maximum TE ue A car ie LT f d o EE EEE es 24 21 Comme entre deux maxima successifs k k 1 on en d duit v 2 L f f P Kohl ENCPB juin 2006 page 115 T P N 18 D autre part une onde sonore est constitu e d une succession de compressions et de d tentes adiabatiques de sorte que l on peut d montrer que dans l hypoth se des gaz parfaits RT i M on prendra R 8 3145 J K mol et M 29 00 g mol 1 5 Mesures et r sultats amp Relever la temp rature ambiante Ta AT amp Apr s avoir effectu plusieurs s ries de mesures compl ter les tableaux ci dessous Maxima 1 2 3 4 5 6 7 8 sriel s6riea2 we a a ns one nee nr nn E s ries J o To s6rie6 J To f T f fJ T Moyenne Vitesse moyenne m s maxima amp Calculer la vitesse moyenne moyenne des moyennes amp Calculer l cart type des moyennes CR amp En d duire l incertitude u y S sanen amp E
16. r parties diff rentes temp ratures jusqu aux environs de 50 C amp Pour chaque relev attendre que la temp rature 0 lue sur le thermom tre soit stable avant de mesurer les r sistances des sondes 3 Saisie des r sultats Elle sera faite l aide du logiciel Reg Win les donn es tant entr es au clavier sous forme de tableau de valeurs Si le thermom tre indiquait une valeur 0o diff rente de z ro quand elle tait plong e dans la glace fondante il faut tenir compte d un d placement de z ro et alors Ovraie Otue F Oo Sinon Oyr ie Olue Dresser dans le logiciel le tableau avec les grandeurs suivantes 5 N attendez pas la stabilisation de la valeur de Rer c est impossible r aliser Pour cr er une nouvelle grandeur dans Regressi voir le document la fin de ce polycopi paragraphe 1 P Kohl ENCPB juin 2006 page 34 dition 2006 T P N 7 Le e Quand la saisie des donn es est termin e effectuer une sauvegarde en enregistrant votre travail disquette cl usb dossier d di 7 Imprimer le tableau de vos mesures 4 Exploitation des r sultats 4 1 Pour le cuivre et le platine amp Observer les deux graphes Rp 0 et Rcu 0 amp Chercher les droites de r gression et noter les r sultats amp Donner les relations Rp 0 et Rcu 0 amp Quelle est la signification physique des coefficients obtenus Re AT dr amp Quelles sont les
17. rifier que le robinet Rt figure 1 reliant le montage la trompe eau est ferm Mettre alors la trompe eau en marche en ouvrant le robinet d eau au maximum P Kohl ENCPB juin 2006 page 84 dition 2006 T P N 14 o Ouvrir doucement le robinet Rt La pression baisse dans le montage l indication du vacuom tre doit au moins atteindre 720 mm Hg o Fermer alors le robinet Rt La d nivellation dans le manom tre doit rester constante l inverse indique la pr sence d une fuite dans le montage Chercher la d tecter sans jamais serrer fond les joints En cas d impossibilit on peut compenser les fuites en r glant l ouverture du robinet Rt de fa on stabiliser la position de l aiguille du vacuom tre a Lire l indication du vacuom tre Par diff rence en d duire la pression r gnant dans le montage Ap patm p et entrez dans le logiciel le second point d talonnage Pmin en pascals 2 4 Mesures et acquisitions amp Mettre en marche o la circulation d eau dans le doigt r frig rant o la trompe eau le robinet Rt tant bien ferm amp Ouvrir le robinet Rt de fa on ce que la d pression indiqu e par le manom tre soit maximale 720 mm Hg V rifier l tanch it du montage comme pr c demment Si l eau ne bout pas quand la pression est minimale il faut la chauffer l g rement L bullition tant atteinte s assurer de la stabilit des deux indications affich es
18. 0 798 20 0 798 0 838 0 879 0 919 0 960 1 000 1 041 1 081 1 122 1 163 1 203 30 1 203 1 244 1 285 1 326 1 366 1 407 1 448 1 489 1 530 1 571 1 612 40 1 612 1 653 1 694 1 735 1 776 1 817 1 858 1 899 1 941 1 982 2 023 50 2 023 2 064 2 106 2 147 2 188 2 230 2 211 2 312 2 354 2 395 2 436 60 2 436 2 418 2 519 2 561 2 602 2 644 2 685 2 121 2 168 2 810 2 851 70 2 851 2 893 2 934 2 976 3 017 8 059 8 100 3 142 3 184 3 225 3 267 80 3 267 3 308 3 350 3 391 3 433 8 474 8 516 8 557 3 599 3 640 3 682 90 3 682 3 123 3 765 3 806 3 848 3 889 3 931 3 972 4 013 4 055 4 096 100 4 096 4 138 4 179 4 220 4 262 4 303 4 344 4 385 4 427 4 468 4 509 110 4 509 4 550 4 591 4 633 4 674 4 115 4 156 4 197 4 838 4 879 4 920 120 4 920 4 961 5 002 5 043 5 084 5 124 5 165 5 206 5 247 5 288 5 328 130 5 328 5 369 5 410 5 450 5 491 5 532 5 572 5 613 5 653 5 694 5 735 140 5 735 5 715 5 815 5 856 5 896 5 937 5 977 6 017 6 058 6 098 6 138 150 6 138 6 179 6 219 6 259 6 299 6 339 6 380 6 420 6 460 6 500 6 540 160 6 540 6 580 6 620 6 660 6 701 6 741 6 781 6 821 6 861 6 901 6 941 170 6 941 6 981 7 021 7 060 7 100 7 140 7 180 7 220 7 260 7 300 1 340 180 7 340 1 380 7 420 7 460 1 500 7 540 7 579 7 619 7 659 7 699 1 139 190 7 739 1 119 7 819 7 859 1 899 1 939 7 979 8 019 8 059 8 099 8 138 200 8 138 8 178 8 218 8 258 8 298 8 338 8 378 8 418 8 458 8 499 8 539 210 8 539 8 579 8 619 8 659 8 699 8 739 8 779 8 819 8 860 8 900 8 940 220 8 940 8 980 9 020 9 061 9 101 9 141 9 181 9 222 9
19. 001 27 057 27 113 27 169 27 225 27 281 27 337 27 393 500 27 393 27 449 27 505 27 561 27 617 27 673 27 129 21 785 27 841 27 897 27 953 510 21 953 28 010 28 066 28 122 28 178 28 234 28 291 28 347 28 403 28 460 28 516 520 28 516 28 572 28 629 28 685 28 741 28 798 28 854 28 911 28 967 29 024 29 080 530 29 080 29 137 29 194 29 250 29 307 29 363 29 420 29 477 29 534 29 590 29 647 540 29 647 29 704 29 761 29 818 29 874 29 931 29 988 80 045 30 102 30 159 30 216 550 30 216 30 273 30 330 30 387 30 444 30 502 30 559 30 616 30 673 30 730 30 788 560 30 788 30 845 30 902 30 960 31 017 31 074 31 132 31 189 31 247 31 304 31 362 570 31 362 31 419 31 477 31 535 31 592 31 650 31 708 31 766 31 823 31 881 31 939 580 31 939 31 997 32 055 32 113 32 171 32 229 32 287 32 345 32 403 32 461 32 519 590 32 519 32 577 32 636 32 694 32 752 32 810 32 869 32 927 32 985 33 044 33 102 C 0 1 2 3 4 5 6 1 8 9 10 P Kohl ENCPB juin 2006 page 42 dition 2006 T P N 8 THERMOCOUPLE K Nickel Chrome Nickel Aluminium Utilisable de 270 C 1372 C ITS 90 Table pour thermocouple de type K Tension vide exprim e en mV 0 0 000 0 039 0 079 0 119 0 158 0 198 0 238 0 271 0 317 0 357 0 397 10 0 397 0 437 0 477 0 517 0 557 0 597 0 637 0 677 0 718 0 758
20. 071 4 136 4 200 4 265 4 330 10 4 330 4 395 4 460 4 526 4 591 4 656 4 122 4 188 4 853 4 919 4 985 80 4 985 5 051 5 117 5 183 5 249 5 315 5 382 5 448 5 514 5 581 5 648 90 5 648 5 714 5 781 5 848 5 915 5 982 6 049 6 117 6 184 6 251 6 319 100 6 319 6 386 6 454 6 522 6 590 6 658 6 725 6 794 6 862 6 930 6 998 110 6 998 1 066 7 135 1 203 7 272 7 841 7 409 1 478 1 547 7 616 1 685 120 1 685 1 754 1 823 1 892 1 962 8 031 8 101 8 170 8 240 8 309 8 379 130 8 379 8 449 8 519 8 589 8 659 8 729 8 799 8 869 8 940 9 010 9 081 140 9 081 9 151 9 222 9 292 9 363 9 434 9 505 9 576 9 647 9 718 9 789 150 9 789 9 860 9 931 10 003 10 074 10 145 10 217 10 288 10 360 10 432 10 503 160 10 503 10 575 10 647 10 719 10 791 10 863 10 935 11 007 11 080 11 152 11 224 170 11 224 11 297 11 369 11 442 11 514 11 587 11 660 11 733 11 805 11 878 11 951 180 11 951 12 024 12 097 12 170 12 243 12 317 12 390 12 463 12 537 12 610 12 684 190 12 684 12 757 12 831 12 904 12 978 13 052 13 126 13 199 13 273 13 347 13 421 200 13 421 13 495 13 569 13 644 13 718 13 792 13 866 13 941 14 015 14 090 14 164 210 14 164 14 239 14 313 14 388 14 463 14 537 14 612 14 687 14 762 14 837 14 912 220 14 912 14 987 15 062 15 137 15 212 15 287 15 362 15 438 15 513 15 588 15 664 230 15 664 15 739 15 815 15 890 15 966 16 041 16 117 16 193 16 269 16 344 16 420 240 16 420 16 496 16 572 16 648 16 724 16 800 16 876 16 952 17 028 17 104 17 181 250 17 181 17 257 17 333 17 409 17 486 17 562 17 639 17 715 17 792 17 868 17 945 260 17
21. 16 881 16 936 16 991 17 046 17 102 17 157 17 212 17 268 17 323 17 378 17 434 320 17 434 17 489 17 544 17 599 17 655 17 710 17 765 17 820 17 876 17 931 17 986 330 17 986 18 041 18 097 18 152 18 207 18 262 18 318 18 373 18 428 18 483 18 538 340 18 538 18 594 18 649 18 704 18 759 18 814 18 870 18 925 18 980 19 035 19 090 350 19 090 19 146 19 201 19 256 19 311 19 366 19 422 19 477 19 532 19 587 19 642 360 19 642 19 697 19 753 19 808 19 863 19 918 19 973 20 028 20 083 20 139 20 194 370 20 194 20 249 20 304 20 359 20 414 20 469 20 525 20 580 20 635 20 690 20 745 380 20 745 20 800 20 855 20 911 20 966 21 021 21 076 21 131 21 186 21 241 21 297 390 21 297 21 352 21 407 21 462 21 517 21 572 21 627 21 683 21 738 21 793 21 848 400 21 848 21 903 21 958 22 014 22 069 22 124 22 179 22 234 22 289 22 345 22 400 410 22 400 22 455 22 510 22 565 22 620 22 676 22 131 22 786 22 841 22 896 22 952 420 22 952 23 007 23 062 23 117 23 172 23 228 23 283 23 338 23 393 23 449 23 504 430 23 504 23 559 23 614 23 670 23 725 23 780 23 835 23 891 23 946 24 001 24 057 440 24 057 24 112 24 167 24 223 24 218 24 333 24 389 24 444 24 499 24 555 24 610 450 24 610 24 665 24 721 24 716 24 832 24 887 24 943 24 998 25 053 25 109 25 164 460 25 164 25 220 25 275 25 331 25 386 25 442 25 497 25 553 25 608 25 664 25 720 470 25 720 25 775 25 831 25 886 25 942 25 998 26 053 26 109 26 165 26 220 26 276 480 26 276 26 332 26 387 26 443 26 499 26 555 26 610 26 666 26 722 26 178 26 834 490 26 834 26 889 26 945 27
22. 2 880 360 2 880 2 889 2 899 2 908 2 917 2 927 2 936 2 946 2 955 2 965 2 974 370 2 974 2 983 2 993 3 002 3 012 3 021 3 031 3 040 3 050 3 059 3 069 380 3 069 3 078 3 088 3 097 3 107 3 116 3 126 3 135 3 145 3 154 3 164 390 3 164 3 173 3 183 3 192 3 202 3 212 3 221 3 231 3 240 3 250 3 259 400 3 259 3 269 3 279 3 288 3 298 3 307 3 317 3 326 3 336 3 346 3 355 410 3 355 3 365 3 374 3 384 3 394 3 403 3 413 3 423 3 432 3 442 3 451 420 3 451 3 461 3 471 3 480 3 490 3 500 3 509 3 519 3 529 3 538 3 548 430 3 548 3 558 3 567 3 577 3 587 3 596 3 606 3 616 3 626 3 635 3 645 440 3 645 3 655 3 664 3 674 3 684 3 694 3 703 3 713 3 723 3 732 3 742 450 3 742 3 752 3 762 3 771 3 781 3 791 3 801 3 810 3 820 3 830 3 840 460 3 840 3 850 3 859 3 869 3 879 3 889 3 898 3 908 3 918 3 928 3 938 470 3 938 3 947 3 957 3 967 3 977 3 987 3 997 4 006 4 016 4 026 4 036 480 4 036 4 046 4 056 4 065 4 075 4 085 4 095 4 105 4 115 4 125 4 134 490 4 134 4 144 4 154 4 164 4 174 4 184 4 194 4 204 4 213 4 223 4 233 500 4 233 4 243 4 253 4 263 4 273 4 283 4 293 4 303 4 313 4 323 4 332 510 4 332 4 342 4 352 4 362 4 372 4 382 4 392 4 402 4 412 4 422 4 432 520 4 432 4 442 4 452 4 462
23. 349 12 405 12 461 12 518 12 574 260 12 574 12 630 12 687 12 743 12 799 12 856 12 912 12 969 13 026 13 082 13 139 210 13 139 13 196 13 253 13 310 13 366 13 423 13 480 13 537 13 595 13 652 13 709 280 13 709 13 766 13 823 13 881 13 938 13 995 14 053 14 110 14 168 14 226 14 283 290 14 283 14 341 14 399 14 456 14 514 14 572 14 630 14 688 14 746 14 804 14 862 300 14 862 14 920 14 978 15 036 15 095 15 153 15 211 15 270 15 328 15 386 15 445 310 15 445 15 503 15 562 15 621 15 679 15 738 15 797 15 856 15 914 15 973 16 032 320 16 032 16 091 16 150 16 209 16 268 16 327 16 387 16 446 16 505 16 564 16 624 330 16 624 16 683 16 742 16 802 16 861 16 921 16 980 17 040 17 100 17 159 17 219 340 17 219 17 279 17 339 17 399 17 458 17 518 17 578 17 638 17 698 17 759 17 819 350 17 819 17 879 17 939 17 999 18 060 18 120 18 180 18 241 18 301 18 362 18 422 360 18 422 18 483 18 543 18 604 18 665 18 725 18 786 18 847 18 908 18 969 19 030 370 19 030 19 091 19 152 19 213 19 274 19 335 19 396 19 457 19 518 19 579 19 641 380 19 641 19 702 19 763 19 825 19 886 19 947 20 009 20 070 20 132 20 193 20 255 390 20 255 20 317 20 378 20 440 20 502 20 563 20 625 20 687 20 748 20 810 20 872 400 20 872 C 0 1 2 3 4 5 6 1 8 9 10 P Kohl ENCPB juin 2006 page 46 TP N 9 V rification de la loi de Boyle Mariotte P Kohl ENCPB juin 2006 page 47 T P N 9 Le but de cette s ance est avant tout d apprendre ma tr
24. 9 593 0 001 010 15 26 188 44 2248 4 2436 8 188 45 2394 8 2583 2 6387 7 5261 8 1648 50 12 349 10 001012 12 03 209 82 2234 2 2443 5 209 33 2382 7 2592 1 7038 7 3725 8 0763 55 15 758 10 001015 9 568 230 21 2219 9 2450 1 230 23 2370 7 2600 9 7679 T 2234 7 9913 60 119 940 0 001017 7 671 251 11 2205 5 2456 6 251 13 2358 5 2609 6 8312 7 0784 7 9096 65 25 03 0 001 020 6 197 272 02 2191 1 2463 1 272 06 2346 2 2618 3 8935 6 9375 7 8310 10 31 19 0 001 023 15 042 292 95 2176 6 2469 6 292 98 2333 8 2626 8 9549 6 8004 7 7553 15 38 58 0 001 026 4 131 813 90 2162 0 2475 9 813 93 2321 4 2635 3 1 0155 6 6669 7 6824 80 147 39 0 001 029 1407 834 86 2147 4 2482 2 334 91 2308 8 2643 7 1 0753 6 5369 7 6122 85 157 83 0 001 033 12 828 855 84 2132 6 2488 4 355 90 2296 0 2651 9 1 1343 6 4102 7 5445 90 70 14 0 001 036 12 361 1376 85 2117 7 2494 5 376 92 2281 2 2660 1 1 1925 6 2866 7 4791 95 84 55 0 001 040 1 982 3897 88 2102 7 2500 6 397 96 2270 2 2668 1 1 2500 6 1659 7 4159 100 1101 35 0 001044 j1 6729 418 94 2087 6 2506 5 1419 04 2257 0 2676 1 1 3069 6 0480 7 3549 105 1120 82 10 001 048 1 4194 1440 02 2072 3 2512 4 440 15 2243 7 2683 8 1 3630 5 9328 7 2958 110 1147 27 0 001052 1 2102 461 14 2057 0 2518 1 461 30 2230 2 2691 5 1 4185 5 8202 7 2387 115 1169 06 10 001 056 1 0366 1482 30 2041 4 2523 7 482 48 2216 5 2699 0 1 4734 5 7100 7 1833 120 1198 53 0 001 060 0 8919 501 50 2025 8 2529 3 50171 2202 6 2706 3 1 52
25. 945 18 021 18 098 18 175 18 252 18 328 18 405 18 482 18 559 18 636 18 713 270 18 713 18 790 18 867 18 944 19 021 19 098 19 175 19 252 19 330 19 407 19 484 280 19 484 19 561 19 639 19 716 19 794 19 871 19 948 20 026 20 103 20 181 20 259 290 20 259 20 336 20 414 20 492 20 569 20 647 20 725 20 803 20 880 20 958 21 036 300 21 036 21 114 21 192 21 270 21 348 21 426 21 504 21 582 21 660 21 739 21 817 310 21 817 21 895 21 973 22 051 22 130 22 208 22 286 22 365 22 443 22 522 22 600 320 22 600 22 678 22 757 22 835 22 914 22 993 28 071 23 150 23 228 23 807 23 386 330 23 386 23 464 23 543 23 622 23 701 23 780 23 858 23 937 24 016 24 095 24 174 340 24 174 24 253 24 332 24 411 24 490 24 569 24 648 24 127 24 806 24 885 24 964 350 24 964 25 044 25 123 25 202 25 281 25 360 25 440 25 519 25 598 25 678 25 757 360 25 757 25 836 25 916 25 995 26 075 26 154 26 233 26 313 26 392 26 472 26 552 370 26 552 26 631 26 711 26 790 26 870 26 950 27 029 27 109 27 189 21 268 27 348 380 21 348 27 428 27 507 27 587 21 667 27 747 27 827 27 907 27 986 28 066 28 146 390 28 146 28 226 28 306 28 386 28 466 28 546 28 626 28 706 28 786 28 866 28 946 400 28 946 29 026 29 106 29 186 29 266 29 346 29 427 29 507 29 587 29 667 29 747 410 29 747 29 827 29 908 29 988 30 068 30 148 30 229 30 309 30 389 30 470 30 550 420 30 550 30 630 30 711 30 791 30 871 30 952
26. 963 44 044 44 125 44 206 44 286 590 44 286 44 367 44 448 44 529 44 609 44 690 44 771 44 851 44 932 45 013 45 093 C 0 1 2 3 4 5 6 8 9 10 P Kohl ENCPB juin 2006 page 41 T P N 8 THERMOCOUPLE J Fer Constantan Utilisable de 210 C 1149 C ITS 90 Table pour thermocouple de type J Tension vide exprim e en mV C 0 1 2 3 4 5 6 1 8 9 10 0 0 000 0 050 0 101 0 151 0 202 0 253 0 303 0 354 0 405 0 456 0 507 10 0 507 0 558 0 609 0 660 0 711 0 762 0 814 0 865 0 916 0 968 1 019 20 1 019 1 071 1 122 1 174 1 226 1 277 1 329 1 381 1 433 1 485 1 537 30 1 537 1 589 1 641 1 693 1 745 1 797 1 849 1 902 1 954 2 006 2 059 40 2 059 2 111 2 164 2 216 2 269 2 322 2 374 2 427 2 480 2 532 2 585 50 2 585 2 638 2 691 2 144 2 197 2 850 2 903 2 956 8 009 3 062 3 116 60 3 116 3 169 3 222 3 275 3 329 3 382 3 436 3 489 3 543 3 596 3 650 70 3 650 3 703 8 757 8 810 3 864 3 918 3 971 4 025 4 079 4 133 4 187 80 4 187 4 240 4 294 4 348 4 402 4 456 4 510 4 564 4 618 4 672 4 726 90 4 726 4 781 4 835 4 889 4 943 4 997 5 052 5 106 5 160 5 215 5 269 100 5 269 5 323 5 378 5 432 5 487 5 541 5 595 5 650 5 705 5 759 5 814 110 5 814 5 868 5 923 5 977 6 032 6 087 6 141 6 196 6 251 6
27. Une fois cet quilibre atteint vous ne modifierez plus la valeur affich e de la r sistance R 1 5 tude de la tension de d s quilibre du pont amp Mettre le multim tre sur la fonction millivoltm tre pour mesurer la tension de d s quilibre du pont On fait varier la r sistance X en la notant Xo AX de 100 200 Q de 1 Qen 1 Q de 100 105 Q puis de 5 ohms en 5 ohms de 105 200 Q amp Dresser un tableau des r sultats amp Tracer la courbe Ucp f AX o Ucp repr sente la tension de d s quilibre amp Montrer que cette courbe poss de une partie lin aire mod lisable par Ucp a AX Pr ciser dans quel intervalle et trouver son quation 1 6 tude th orique On pose a b Ro amp Montrer que la tension de d s quilibre du pont peut se mettre sous la forme E R AX Ucp R X R X AX amp Montrer que si AX est n gligeable devant Ro Ucn est proportionnelle AX amp V rifier que cette condition AX n gligeable devant Ro est bien r alis e dans la partie lin aire de la courbe exp rimentale Si les bo tes taient parfaitement talonn es on devrait trouver R 100 Q Il est s rement possible que R s carte l g rement de cette valeur P Kohl ENCPB juin 2006 page 20 dition 2006 T P N 4 P Kohl ENCPB juin 2006 page 21 TP N 5 Mesures conductim triques talonnages de la cellule P Kohl ENCPB juin 2006 page 22
28. Y a t il une m thode plus juste que l autre P Kohl ENCPB juin 2006 page 26 dition 2006 TP N 5 Durant la suite du TP vous utiliserez le conductim tre avec la cellule talonn e 5 Contr le de la puret d une eau 5 1 Eau de ville amp Mesurez sa conductivit s Appr ciez l incertitude sur cette mesure utilisation de la notice Cons quences pratiques amp partir des r sultats obtenus envisager les cons quences pratiques sur les pr cautions lors de la manipulation de circuits lectriques sous tension interventions sur des feux d origine lectrique tests de contr le de la puret d une eau 5 2 Eau permut e du laboratoire amp Mesurez sa conductivit en op rant le plus rapidement possible entre le remplissage du Becher au robinet et la mesure s Appr ciez l incertitude sur cette mesure a Mod le de conductivit d une eau th oriquement pure L eau est le si ge d une r action d auto ionisation HzO H2O H50 HO avec K H 0 OH h o o Ks h soit pK 2 pH dans l eau rigoureusement pure La mesure de la conductivit de l eau permettra d acc der une valeur de h En effet y gt C it Zi avec Cj en mol m gt y 10 xh A A y h 3 o o 10 Ae FA OH Donn es num riques FAR SN SORESERSES 315 104 174 104 410 0 818 10 6 69 10 15 14 17 amp La valeur de y que vous avez mesur vous permet elle d affi
29. au niveau mol culaire qui explique la forme des courbes P Kohl ENCPB juin 2006 page 124 T P N 21 Rapidit Temps de r ponse d un capteur de temp rature P Kohl ENCPB juin 2006 page 125 T P N 21 RAPIDITE TEMPS DE REPONSE D UN CAPTEUR DE TEMPERATURE 1 Travail exp rimental r aliser amp Au regard de la pr sentation qui suit au paragraphe 2 effectuer avec les capteurs de temp rature mis votre disposition des mesures qui permettent de d finir les caract ristiques du capteur en ce qui concerne sa rapidit Le plan de compte rendu pourra tre le suivant a Protocoles exp rimentaux propos s o Manipulations effectu es no Exploitation des donn es recueillies o Conclusion s Contrairement tous les TP pr c dents celui ci cherche faire appel votre autonomie Mettez la en valeur La partie th orique qui suit doit vous permettre de mener convenablement l tude exp rimentale propos e Une lecture approfondie s impose avant tout travail exp rimental 2 Notion de temps de r ponse Parmi les caract ristiques d un capteur tendue de mesure sensibilit finesse le temps de r ponse est un facteur prendre en grande consid ration d s que l on veut suivre l volution temporelle d un ph nom ne Le temps de r ponse sert quantifier la rapidit du capteur c est dire appr cier son aptitude suivre les
30. cades L interrupteur P commande l alimentation du montage par le g n rateur 0 30 V l interrupteur g E commande le passage du courant dans la branche CD qui contient le galvanoscope Avant toute mesure r gler le z ro m canique du microamp rem tre 2 3 Technique et mesures effectuer C C Afficher K 1 et mettre toutes les bo tes constituant R au maximum R gt X Fermer l interrupteur p vers le haut pour alimenter le montage Toucher l interrupteur g tr s bri vement vers le bas et noter le sens de d viation de l aiguille du galvanoscope Diminuer la valeur de R en commen ant par la bo te des milliers jusqu ce que le sens de d viation du galvanoscope s inverse Si cette condition n est jamais r alis e c est qu il y a un probl me dans votre montage inutile de continuer sans y rem dier Si la condition est r alis e on a d pass l quilibre et R lt X il faut revenir d un cran en arri re Continuer diminuer R en agissant sur la bo te des centaines et ainsi de suite par approximations successives jusqu l quilibre En vertu de la relation 1 on a alors X R Avant de passer une autre r sistance traiter compl tement le probl me de l incertitude de cette mesure Peut on avoir plus de chiffres significatifs Essayer pour cela de mettre K 0 1 et rechercher l quilibre On a alors X KR et un chiffre significatif de plus Essayer ventuellem
31. crire l quation calorim trique en consid rant le dispositif comme adiabatique amp En d duire l expression litt rale de C capacit thermique du calorim tre 2 MODE OP RATOIRE 2 1 Pr paration de la mesure amp Introduire une masse de 200 g d eau chaude dans le calorim tre amp Mettre en place la sonde de temp rature et r aliser le montage du circuit lectrique du capteur cf T P pr c dent Sonde 1V 0 C 5V 50 C R f OV EAO ou EAl HA amp Pr parer 300 g d eau froide dans un Becher On rel vera sa temp rature l aide de la sonde que l on introduira ensuite dans le calorim tre contenant l eau chaude 2 2 Acquisition de donn es L acquisition se fait en fonction du temps on programmera une dur e d acquisition de quatre minutes amp S assurer que la temp rature initiale du calorim tre affich e est stable amp Commencer l acquisition P Kohl ENCPB juin 2006 page 56 dition 2006 T P N 11 Au bout d environ 1 2 minutes verser l eau froide dans le calorim tre sans oublier de noter sa temp rature 6 amp Quand l acquisition est termin e basculer les donn es du logiciel d acquisition vers le logiciel de traitement puis enregistrer ces donn es TP_11 manip _l rw3 par exemple 3 EXPLOITATION DES R SULTATS 3 1 Graphe des r sultats amp Tracer la courbe de variation de la temp rature en fonction du temps 0 f f amp Sur c
32. de fonctionnement Temporel Abscisse V Balayage Dur e x 250 ms avec x192 points de mesure D termination du nombre n de moles de gaz contenu dans le cylindre amp Le r chaud alcool tant teint relever le volume V la pression p et la temp rature T du gaz En appliquant la loi des gaz parfaits en d duire n lt 1 3 10 3 mol Acquisition des donn es amp Allumer le r chaud et noter l heure amp Quand la temp rature T atteint environ 90 C lancer le moteur en tournant la roue en plexiglas dans le sens des aiguilles d une montre La vitesse doit tre comprise entre 500 et 1000 tours par minute amp Faire quelques acquisitions enregistr es sur les pages diff rentes du m me fichier Reg Win en choisissant des vitesses de rotation diff rentes A chaque enregistrement noter comme param tres exp rimentaux Tiz T N vitesse de rotation du moteur teindre le r chaud au bout de 15 minutes environ et noter l heure et vous le repeserez pour conna tre la consommation d alcool P Kohl ENCPB juin 2006 page 106 dition 2006 T P N 16 amp D duire la chaleur lib r e par le r chaud par unit de temps 3 Exploitation des r sultats Sauvez les acquisitions r alis es 3 1 Visualisation du cycle de Clapeyron amp Observer p f V s D crire la forme du cycle obtenu 3 2 Superposition des isothermes th oriques Pour comparer avec le cycle th orique v
33. du chauffage A L cart de temp rature A6 Omax Oo apr s avoir point ces valeurs sur le graphe 8 On calculera La quantit de chaleur re ue par l eau pendant la dur e At Q mcA9 avecc 4 18 kJ K kg Le rendement n P At Comparer les deux cas de figure tude particuli re de la seconde courbe Copier votre fichier sous un nouveau nom Menu Fichier Enregistrer Sous Effectuer une mod lisation le long de la partie de la courbe qui correspond au chauffage Pensez choisir convenablement les bornes de la mod lisation utilisez le bouton correspondant Que repr sente physiquement le coefficient directeur Supprimer les points qui n appartiennent pas cette partie de la courbe Cr er une Grandeur de type D riv e qui sera d finie par a d0 dt D montrer que ce coefficient directeur est gal au rapport de la puissance re ue par l eau divis e par le produit de la masse et de la capacit calorifique massique de 3 Pis l eau a lt lt mc Cr er la Grandeur de type Fonction Peau Cr er une Grandeur qui donne le rendement Le rendement est il constant Si non quelle est sa valeur moyenne Utilisez la fen tre Statistique utiliser un des deux boutons pour choisir la variable et l autre pour afficher le tableau Comparer le r sultat de ce travail la fa on de proc der pr c dente P Kohl ENCPB juin 2006 page 52 dition 2006 T P N 10 P
34. en inox un sonde de type Platine 100 Elle pr sente une t te de conditionnement du signal polaris e d o mergent deux fils de connexion e Un capteur LM35D7Z mont sur une prise DIN Deutsche Industrie Normen Sonde Rosemount Capteur LM35DZ Elle doit tre ins r e dans le montage e Se connecte sur la voie EA6 lectrique s rie suivant 1V de l interface e Etalonnage o OV 0 C Sonde o 1V 100 C Rosemount R f 0V EAO ouEA1 CRIE e Se connecte sur la voie EA0 ou EAl 45V de l interface par l interm diaire d un bo tier de raccordement bleu module test e Etalonnage o 1V 0 C o 5V 50 C NB Par la suite le logiciel d acquisition rel ve OV pour 12 5 C ne pas s inqui ter 2 Premi re fa on de proc der Bec froid au d but du chauffage amp Placer le becher sur le bec Hoffmann et d buter l acquisition d s son allumage amp Enregistrer les donn es dans un fichier de Regressi Windows TP_10 rws3 par exemple P Kohl ENCPB juin 2006 page 51 T P N 10 3 C C 4 Seconde fa on de proc der Bec chaud au d but du chauffage D buter l acquisition d s que vous placez le becher sur le bec Hoffmann d j chaud Cette acquisition sera enregistr e sur une seconde page du m me fichier Dans les deux cas D crire et comparer les deux courbes obtenues Expliquer physiquement la diff rence On rel vera La dur e
35. est d termin e en pesant le r chaud avant et apr s l exp rience et en ayant pris soin de noter la dur e totale de combustion environ 15 minutes amp Remplir le r servoir du r chaud et v rifier que la longueur de la partie merg e de la m che ne d passe pas de plus del mm amp Peser le r chaud mais ne pas l allumer tout de suite b Les temp ratures dans les parties chaude T et froide T2 du cylindre de d tente sont d termin es l aide de deux thermocouples NiCr Ni reli s l apparei il de mesure PVNT mesure de la pression p du volume V de la vitesse de rotation N du moteur et des temp ratures la mise sous tension l appareil affiche CAL amp Les deux sondes tant la m me temp rature appuyez sur la touche AT L appareil affiche alors ot Amener le piston de travail sa position la plus basse puis appuyez sur la touche calibrer V c Le volume V du gaz peut varier de 32 cm 44 cm Le capteur de volume est reli la voie EAI de l interface Voie 1 EAl calibre 5V Nom V Unit cm Commentaire volume talonnage manuel U 0 gt V 32 U 5 gt V 44 d Le capteur de pression mesure la diff rence de pression Ap par rapport la pression atmosph rique pa Ce capteur est reli la voie EAO de l interface Voie 2 EAO calibre 5V Nom p Unit Pa Commentaire pression talonnage manuel U 0 p 70 000 U 5 V 219 000 Mode
36. page du m me fichier de Regressi Windows Traitement des donn es v rification du mod le loi de Boyle Mariotte Pour chacune des deux d marches exp rimentales visualiser les graphes p V Proposer un mod le du type p k V0 V tes vous satisfait du r sultat de ce mod le Sur quel crit re vous appuyez vous Que repr sentent les param tres k et V0 Quelles sont leurs valeurs et leurs unit s Les r sultats sont ils compatibles pour les deux fa ons de proc der Imprimer vos graphes et mod lisations pour tayer votre compte rendu P Kohl ENCPB juin 2006 page 49 TP N 10 Mesure du rendement d un bec Hoffmann P Kohl ENCPB juin 2006 page 50 dition 2006 T P N 10 amp Rechercher sur la plaque signal tique de l appareil la puissance P de l appareil amp Placer 200 g d eau dans un becher amp Programmer une acquisition en fonction du temps avec une dur e de 10 min Il est toujours possible d arr ter l acquisition avant la fin de la dur e programm e Parce qu il faut veiller rester dans les limites de travail de la sonde de temp rature la dur e du chauffage sera de 3 minutes l issue du temps de chauffage il faut retirer le becher du bec Hoffmann 1 Les capteurs de temp rature utilis s On peut utiliser deux types de capteurs pour ce TP e une sonde industrielle Rosemount qui contient l extr mit d un doigt de gant
37. puis comparer la pr cision obtenue avec celle que l on avait pour un liquide amp Cette pr cision serait elle la m me pour un mat riau solide donn quelle que soit la taille de l chantillon utilis pour la mesure pour des chantillons de taille voisine quelle que soit leur nature Attention ces r ponses devront tre justifi es par des calculs amp Sachant que les densit s des solides usuels sont approximativement comprises entre 2 et 12 indiquer les limites entre lesquelles la pr cision de la mesure de d pourra tre comprise P Kohl ENCPB juin 2006 page 10 TP N 3 Mesures de r sistances P Kohl ENCPB juin 2006 page 11 T P N 3 1 Etude pr liminaire du lot de r sistances fourni Vous disposez de 5 r sistances que l on notera R1 R2 R3 R et Rs de la plus faible jusqu la plus forte 1 3 Utilisation d un ohmm tre num rique amp En utilisant le multim tre sur la fonction ohmm tre mesurer chacune des cinq r sistances amp En utilisant la notice du multim tre calculer l incertitude largie d un facteur 2 95 de chacune d elle Donner le r sultat avec deux chiffres significatifs amp Arrondir le r sultat de chaque r sistance en cons quence amp Calculer l incertitude relative pour chaque mesure Donner le tableau des r sultats sous la forme suivante R sistance 1 R sistance 2 R sistance 8 R sistance 4 R sistance 5
38. r alise les trois pes es Trait de jauge suivantes O pycnom tre rempli de liquide jusqu au trait de jauge M pycnom tre rempli d eau jusqu au trait de jauge M pycnom tre vide et sec M vV La masse de liquide contenu dans le pycnom tre se PRE Le m M M d duit par diff rence L L De m me nous pouvons exprimer la masse d eau Figure 1 Sch ma du pycnom tre contenue dans le pycnom tre m M M L expression de la densit du liquide est donc P Kohl ENCPB juin 2006 page 8 dition 2006 T P N 2 qami _M M m M M e Remarque Pourquoi est il raisonnable de n gliger la masse d air contenue dans la pycnom tre vide devant les masses des liquides b Principe pour la densit d un solide N B Il faudra peut tre veiller utiliser un pycnom tre col large On r alise les trois pes es suivantes O pycnom tre rempli d eau jusqu au trait de jauge et le solide c t M pycnom tre contenant le solide et rempli d eau jusqu au trait de jauge M pycnom tre rempli d eau jusqu au trait de jauge M La masse du solide s obtient par diff rence m M i M La masse d eau occupant le m me volume s exprime par m M M L expression de la densit du solide est donc donn e par m a M M m M 1 M 2 Remarque Cette m thode ne peut videmment pas tre appliqu e des solides solubles dans l eau ou moins dens
39. rifier votre r sultat par la connaissance du nombre de tours N effectu es par minute amp Comparer la valeur exp rimentale la valeur valu e l aide du cycle th orique amp D terminer la puissance P du moteur 3 5 D termination du rendement amp Calculer la quantit de chaleur Q fournie par la source chaude pendant la dur e d un cycle Travail total W ta fourni pendant un cycle LS Quantit de chaleur Q fournie par le r chaud pendant un cycle amp Comparer ce rendement au rendement th orique du cycle P Kohl ENCPB juin 2006 page 107 T P N 16 amp Comparer votre r sultat exp rimental celui d une machine fonctionnant suivant un cycle id al r versible de type Carnot n 1 nr T amp Justifier les diff rences P Kohl ENCPB juin 2006 page 108 TP N 17 Mesure du rapport y C C de l air par la m thode de Cl ment amp Desormes P Kohl ENCPB juin 2006 page 109 TP N 17 Mesure du rapport y CP Cy de l air par la m thode de Cl ment amp Desormes Cette exp rience a pour objet de mesurer le rapport cp Cy y de l air 1 Sch ma du montage R glette Manom tre ajustable R eau vertical AIR COMPRIME 2 Principe de la mesure Un r cipient de contenance V 25 L rempli d air la pression atmosph rique p est muni d une soupape d un manom tre eau et d un tuyau reli l air comp
40. sa tige pr s de 500 NE JAMAIS TOUCHER LA PLAQUE AVEC LES DOIGTS Mettre le TD 1 sous tension avec l interrupteur principal amp Positionner le s lecteur de mesure sur le symbole repr sentant la lame d amp R gler la valeur affich e sur 00 0 l aide du potentiom tre de r glage de z ro amp En plus de la lame suspendre la masse de 100 mg au crochet amp Afficher l cran la valeur 24 5 3 mN m l aide du potentiom tre d talonnage amp Enlever la masse et l affichage doit nouveau indiquer 00 0 Si ce n est pas le cas recommencer les op rations pr c dentes 5 2 Mesure statique P Kohl ENCPB juin 2006 page 123 T P N 20 Une mesure avec la lame s effectue comme suit amp Pour chaque mesure prendre soin d extr mement bien nettoyer le cristallisoir l eau L essuyer d licatement au papier Joseph amp Abaisser le plus possible la plate forme et y poser le cristallisoir apr s l avoir rempli avec le liquide tudier amp Relever lentement la plate forme jusqu ce que la lame entre en contact avec la surface du liquide amp Continuer immerger la lame pour la mouiller totalement amp Remonter lentement la lame la valeur affich e augmente amp l instant o le contact de la lame et de la surface se rompt la valeur maximale de la tension superficielle en mN m s affiche C est cette valeur qu il faut prendre en
41. serpentin du condenseur C il se refroidit jusqu la temp rature Tc de la source chaude et se liqu fie sous la pression pc 9 e Il passe alors dans une vanne de d tente capillaire qui le ram ne la pression pp La d tente est isenthalpique e l arriv e dans le serpentin de l vaporateur E le fluide se vaporise sous la pression pp et la temp rature Tr de la source froide 1 3 Bilan nerg tique Le fluide e re oit le travail W du compresseur e c de la source chaude la chaleur Qc dans le condenseur o il se liqu fie e re oit de la source froide la chaleur Qr dans l vaporateur pour se vaporiser P Kohl ENCPB juin 2006 page 93 T P N 14 2 DESCRIPTION DU DISPOSITIF EXPERIMENTAL 2 1 La pompe chaleur L gende 1 Compresseur Support pivotant du r servoir rouge d eau de la source chaude Condenseur purateur Filtre le fr on liquide des bulles de gaz qu il contient D tendeur Capteur de temp rature du d tendeur avec isolation thermique vaporateur Support pivotant du r servoir bleu d eau de la source froide Serpentin qui emp che la transmission des vibrations du compresseur l ensemble du montage 10 Pressostat Arr te le compresseur quand la pression c t condenseur d passe 16 bar 11 Capteurs de temp rature au niveau des tuyaux en cuivre du circuit 12 Manom tre c t basse pression Graduation int rieure pour la mes
42. source chaude et commence se liqu fier sous la pression pc la temp rature Oc tat 4 Le fr on sorti du condenseur la temp rature 0c et la pression pc se refroidit sur son trajet jusqu au point 4 o il est la temp rature 0 tout en restant la pression Pc tat 5 Dans une vanne de d tente il subit une d tente isenthalpique qui le ram ne la pression DE en subissant un d but de vaporisation la temp rature 0s tat 6 A l arriv e dans l vaporateur E le fr on finit sa vaporisation sous la pression constante pg et la temp rature 65 Au contact de la source froide il se r chauffe jusqu la temp rature 06 Or Retour l tat 1 Entre la source froide et le compresseur le gaz se r chauffe l g rement de Or 61 5 2 Repr sentation du cycle b P bar C point critique 2 Po S constante PE 5 h KJ kg P Kohl ENCPB juin 2006 page 99 T P N 14 5 3 Mesures effectuer Elles doivent tre effectu es lorsque la pompe chaleur fonctionne d j depuis environ 15 minutes tout de suite apr s l tude du 4 Vous allez relever une s rie de temp ratures Ce ne seront pas exactement les temp ratures du fr on dans les diff rents tats pr c demment d crits car on ne peut pas introduire de capteurs l int rieur du circuit amp Placer les sondes de temp rature avec les tuyaux en cuivre aux diff rents points indiqu s Aux point
43. thode d s m langes re in e aaa iaa oa aea e E eaa Ten p 64 8 ENTHALPIE DE R ACTIONS ACIDE BASE m thode des m langes ssssssssrrrurerrennrrrnrrnntrrnnnrnnnnrnnrennnnnennnnnnnenn nnen nn nennen p 66 9 ENTHALPIE DE LA R ACTION DU ZINC SUR LE SULFATE DE CUIVRE m thode des m langes pp p 68 10 ENTHALPIES DE R ACTIONS ACIDE BASE dosages calorim triQques Nt p 70 P Kohl ENCPB juin 2006 page 55 T P N 11 MANIPULATION N 1 CAPACIT THERMIQUE D UN VASE CALORIM TRIQUE PAR LA METHODE DES MELANGES 1 PRINCIPE Pour que la mesure de la capacit thermique d un vase calorim trique ait un sens elle doit tre effectu e exactement dans les conditions o ce m me vase sera ensuite utilis pour des mesures de quantit s de chaleur m mes accessoires sonde thermom trique et agitateur et surtout rempli d eau jusqu au m me niveau de fa on mettre en jeu la m me surface de paroi Donn es exp rimentales relever pendant l exp rience masse d eau chaude initialement 2 5 f E ma u ma pr sente dans le calorim tre temp rature initiale stabilis e 0 u 0 masse d eau froide que l on introduira n na ee mp u m dans le calorim tre temp rature initiale de l eau froide Ob u 0 temp rature finale stabilis e du _ syst me u 0 capacit thermique massique de l eau Ceau 4 186 10 J kg KY
44. tique Le courant lectrique n cessaire est directement proportionnel la force La valeur obtenue par transformation intensit tension est indiqu e apr s conversion analogique num rique sur l affichage digital de mani re correspondre la force r elle La d termination de la position du support de mesure qui est n cessaire pour r aliser une mesure sans d placement est effectu e par un capteur opto lectronique 4 Pr cautions de mise en service de l appareil amp Installer l appareil sur un plan stable et sans vibration et r gler l horizontalit l aide du niveau bulle amp Le tube en Plexiglas prot geant le syst me de mesure et le crochet est coinc entre la table et le bo tier du capteur Il faut le d bloquer en abaissant la table et le retirer avec pr caution Pendant cette op ration il faut faire particuli rement attention au fil de soie tr s fin et appuyer le moins possible sur le syst me de mesure s V rifier que l interrupteur d alimentation est sur arr t avant de brancher l appareil sur le secteur 5 Mesure de la tension superficielle d un tensioactif 5 1 Pr paration de la mesure Pour r aliser ce type de mesures il faut d abord effectuer les op rations suivantes Accrocher la lame Wilhemy Platte EZ 142 au crochet du syst me de mesure sans contact avec le liquide mesurer La manipuler avec d extr mes pr cautions en l attrapant d licatement par
45. tre s il s enfonce compl tement la densit du liquide est inf rieure ce que le densim tre peut mesurer s il ne s enfonce pas assez la densit du liquide est trop grande pour l appareil amp Lorsque l on a trouv le densim tre le mieux adapt veillez ce qu il ne colle pas la paroi de l prouvette sous l influence des forces de tension superficielle amp Effectuer la lecture de la densit d et valuer u d en tenant compte de la g ne due au m nisque amp Rincer et essuyer le densim tre avant de le ranger amp Dresser un tableau des mesures faisant appara tre c u c d et u d b Exploitation des r sultats amp Tracer la courbe de la densit en fonction de la concentration d f c en choisissant les chelles telles que les incertitudes u d et u c soient environ repr sent es par la r solution du papier millim tr amp En utilisant la m thode de r gression lin aire donner l quation de la courbe obtenue et d terminer la concentration inconnue X ainsi que l incertitude avec laquelle vous l avez d termin e Comment avez vous estim cette incertitude 1 2 Mesure de la densit par la m thode du flacon a Principe pour la densit d un liquide Le flacon utilis s appelle un pycnom tre Il est constitu d un petit ballon d environ 50 cm sur lequel vient s adapter un bouchon r d creux surmont d un tube capillaire et d une ampoule de garde Sur une balance adapt e on
46. une dizaine de couples H amp Effectuer un traitement statistique sur y afin d exprimer convenablement la valeur obtenue C est l occasion de combiner l incertitude de typa largie par le coefficient de Student et l incertitude de type B due aux r solutions des appareils amp Comparer votre r sultat la valeur th oriquement admise pour un gaz parfait diatomique Ya 1 40 P Kohl ENCPB juin 2006 page 111 TP N 17 amp Essayer d expliquer la diff rence trouv e amp A votre avis la manipulation pr sente t elle une ou des erreur syst matique La transformation gt est elle vraiment adiabatique amp Comment pourrait on la qualifier en r alit P Kohl ENCPB juin 2006 page 112 dition 2006 T P N 17 ANNEXE 1 D MONSTRATION DE LA RELATION UTILIS E DANS LA M THODE DE CL MENT amp DESORMES Au cours de la d tente adiabatique gt le gaz voit sa temp rature diminuer de dT elle passe de T T sa pression diminue de dp elle passe de p tog H p En fonction de la pression et de la temp rature la loi de Laplace s exprime par p T cte en prenant la diff rentielle logarithmique a DSP 70 o dp lt 0etdT lt 0 P Au cours de la compression isochore gt la temp rature du gaz augmente de dq7 en repassant de T T la pression augmente de dp en passant dep p pgh On a donc cte d o dp _dT p T Comme dT dT d dp
47. variations de la grandeur capt e d entr e de la cha ne de mesure not e e par la suite Si le temps de r ponse tait nul le capteur serait capable de suivre instantan ment les variations de la grandeur capt e Ce n est jamais le cas Il s ensuit un r gime transitoire qu il convient de conna tre Pour cela on impose de brusques variations de la grandeur capt e que l on appelle des chelons Ceux ci peuvent tre montants e passe de emin emax en un temps le plus court possible ou descendants En sortie la r ponse s du capteur ne s tablit que progressivement P Kohl ENCPB juin 2006 page 126 dition 2006 T P N 21 ldm tm Figure 1 Le capteur a un d lai de r action 3 D finitions a D finition g n rale valable pour un chelon qui d marre z ro Le temps de r ponse est la dur e qui s coule apr s une variation brusque appel e chelon du mesurande jusqu ce que la variation de la sortie du capteur ne diff re plus que de de la valeur finale On note le temps de r ponse tr Un capteur est d autant plus rapide que son temps de r ponse est plus court La donn e de tg caract rise la vitesse d volution du r gime transitoire b Autres d finitions valables quel que soit l chelon Pour un chelon de grandeur capt e entra nant la croissance de la grandeur de sortie gi tim temps de retard la mont e ou d lai de mont e
48. 131 27 131 66 132 04 132 42 132 80 133 18 133 56 133 94 134 32 80 90 134 70 135 08 135 46 135 84 136 22 136 60 136 98 137 36 137 74 138 12 90 100 138 5 138 88 139 26 139 64 140 02 140 39 140 77 141 15 141 53 141 91 100 110 142 29 142 66 143 04 143 42 143 80 144 17 144 55 144 93 145 31 145 68 110 120 146 06 146 44 146 81 147 19 147 57 147 94 148 32 148 70 149 07 149 45 120 130 149 82 150 20 150 57 150 95 151 33 151 70 152 08 152 45 152 83 153 20 130 140 153 58 153 95 154 32 154 70 155 07 155 45 155 82 156 19 156 57 156 94 140 Mode d emploi Lire les dizaines dans les lignes et les unit s dans les colonnes Par exemple la valeur 104 C est obtenue l intersection de la ligne 100 et de la colonne 4 140 02 Q P Kohl ENCPB juin 2006 page 36 TP N 8 tude d un thermocouple P Kohl ENCPB juin 2006 page 37 T P N 8 On mesurera la f e m du thermocouple diff rentes temp ratures connues Ici encore les mesures n ont de sens que si ces temp ratures sont constantes pendant leur d roulement Pour obtenir des temp ratures constantes et connues on fait appel ici des ph nom nes de changements d tat de corps purs 1 Montage du thermocouple Les deux soudures sont identiques mais une dq elles sera la soudure froide amp Plongez la soudure froide dans
49. 2 208 2 251 2 294 2 338 2 381 2 425 2 468 60 2 468 2 512 2 556 2 600 2 643 2 687 2 132 2 116 2 820 2 864 2 909 10 2 909 2 953 2 998 8 043 3 087 3 132 3 177 3 222 3 267 3 312 3 358 80 3 358 3 403 3 448 3 494 3 539 3 585 3 631 3 677 8 722 8 768 3 814 90 3 814 3 860 3 907 3 953 3 999 4 046 4 092 4 138 4 185 4 232 4 279 100 4 279 4 325 4 372 4 419 4 466 4 513 4 561 4 608 4 655 4 702 4 750 110 4 750 4 198 4 845 4 893 4 941 4 988 5 036 5 084 5 132 5 180 5 228 120 5 228 5 277 5 325 5 373 5 422 5 470 5 519 5 567 5 616 5 665 5 714 130 5 714 5 763 5 812 5 861 5 910 5 959 6 008 6 057 6 107 6 156 6 206 140 6 206 6 255 6 305 6 355 6 404 6 454 6 504 6 554 6 604 6 654 6 704 150 6 704 6 154 6 805 6 855 6 905 6 956 7 006 7 057 7 107 7 158 7 209 160 7 209 7 260 7 310 7 361 7 412 1 463 7 515 1 566 7 617 1 668 7 720 170 7 720 7 771 7 823 1 874 7 926 7 971 8 029 8 081 8 133 8 185 8 237 180 8 237 8 289 8 341 8 393 8 445 8 497 8 550 8 602 8 654 8 707 8 759 190 8 759 8 812 8 865 8 917 8 970 9 023 9 076 9 129 9 182 9 235 9 288 200 9 288 9 341 9 395 9 448 9 501 9 555 9 608 9 662 9 715 9 769 9 822 210 9 822 9 876 9 930 9 984 10 038 10 092 10 146 10 200 10 254 10 308 10 362 220 10 362 10 417 10 471 10 525 10 580 10 634 10 689 10 743 10 798 10 853 10 907 230 10 907 10 962 11 017 11 072 11 127 11 182 11 237 11 292 11 347 11 403 11 458 240 11 458 11 513 11 569 11 624 11 680 11 735 11 791 11 846 11 902 11 958 12 013 250 12 013 12 069 12 125 12 181 12 237 12 293 12
50. 262 9 302 9 343 230 9 343 9 383 9 423 9 464 9 504 9 545 9 585 9 626 9 666 9 707 9 747 240 9 747 9 788 9 828 9 869 9 909 9 950 9 991 10 031 10 072 10 113 10 153 250 10 153 10 194 10 235 10 276 10 316 10 357 10 398 10 439 10 480 10 520 10 561 260 10 561 10 602 10 643 10 684 10 725 10 766 10 807 10 848 10 889 10 930 10 971 210 10 971 11 012 11 053 11 094 11 135 11 176 11 217 11 259 11 300 11 341 11 382 280 11 382 11 423 11 465 11 506 11 547 11 588 11 630 11 671 11 712 11 753 11 795 290 11 795 11 836 11 877 11 919 11 960 12 001 12 043 12 084 12 126 12 167 12 209 300 12 209 12 250 12 291 12 333 12 374 12 416 12 457 12 499 12 540 12 582 12 624 310 12 624 12 665 12 707 12 748 12 790 12 831 12 873 12 915 12 956 12 998 13 040 320 13 040 13 081 13 123 13 165 13 206 13 248 13 290 13 331 13 373 13 415 13 457 330 13 457 13 498 13 540 13 582 13 624 13 665 13 707 13 749 13 791 13 833 13 874 340 13 874 13 916 13 958 14 000 14 042 14 084 14 126 14 167 14 209 14 251 14 293 350 14 293 14 335 14 377 14 419 14 461 14 503 14 545 14 587 14 629 14 671 14 713 360 14 713 14 755 14 797 14 839 14 881 14 923 14 965 15 007 15 049 15 091 15 133 370 15 133 15 175 15 217 15 259 15 301 15 343 15 385 15 427 1
51. 306 6 360 120 6 360 6 415 6 470 6 525 6 579 6 634 6 689 6 744 6 799 6 854 6 909 130 6 909 6 964 7 019 7 074 7 129 7 184 7 239 7 294 7 349 7 404 7 459 140 1 459 7 514 7 569 7 624 7 679 7 134 7 789 7 844 7 900 7 955 8 010 150 8 010 8 065 8 120 8 175 8 231 8 286 8 341 8 396 8 452 8 507 8 562 160 8 562 8 618 8 673 8 728 8 783 8 839 8 894 8 949 9 005 9 060 9 115 170 9 115 9 171 9 226 9 282 9 337 9 392 9 448 9 503 9 559 9 614 9 669 180 9 669 9 725 9 780 9 836 9 891 9 947 10 002 10 057 10 113 10 168 10 224 190 10 224 10 279 10 335 10 390 10 446 10 501 10 557 10 612 10 668 10 723 10 779 200 10 779 10 834 10 890 10 945 11 001 11 056 11 112 11 167 11 223 11 278 11 334 210 11 334 11 389 11 445 11 501 11 556 11 612 11 667 11 723 11 778 11 834 11 889 220 11 889 11 945 12 000 12 056 12 111 12 167 12 222 12 278 12 334 12 389 12 445 230 12 445 12 500 12 556 12 611 12 667 12 722 12 778 12 833 12 889 12 944 13 000 240 13 000 13 056 13 111 13 167 13 222 13 278 13 333 13 389 13 444 13 500 13 555 250 13 555 13 611 13 666 13 722 13 777 13 833 13 888 13 944 13 999 14 055 14 110 260 14 110 14 166 14 221 14 277 14 332 14 388 14 443 14 499 14 554 14 609 14 665 270 14 665 14 720 14 776 14 831 14 887 14 942 14 998 15 053 15 109 15 164 15 219 280 15 219 15 275 15 330 15 386 15 441 15 496 15 552 15 607 15 663 15 718 15 773 290 15 773 15 829 15 884 15 940 15 995 16 050 16 106 16 161 16 216 16 272 16 327 300 16 327 16 383 16 438 16 493 16 549 16 604 16 659 16 715 16 770 16 825 16 881 310
52. 31 032 31 112 31 193 31 273 31 354 430 31 354 31 434 31 515 31 595 31 676 31 756 31 837 31 917 31 998 32 078 32 159 440 32 159 32 239 32 320 32 400 32 481 32 562 32 642 32 723 32 803 32 884 32 965 450 32 965 33 045 33 126 33 207 33 287 33 368 33 449 33 529 33 610 33 691 33 772 460 33 712 33 852 33 933 34 014 34 095 34 175 34 256 34 337 34 418 34 498 34 579 470 34 579 34 660 34 741 34 822 34 902 34 983 35 064 35 145 35 226 35 307 35 387 480 35 387 35 468 35 549 35 630 35 711 35 792 35 873 35 954 36 034 36 115 36 196 490 36 196 36 277 36 358 36 439 36 520 36 601 36 682 36 763 36 843 36 924 37 005 500 37 005 37 086 37 167 37 248 37 329 37 410 37 491 37 572 31 653 37 734 37 815 510 37 815 37 896 37 977 38 058 38 139 38 220 38 300 38 381 38 462 38 543 38 624 520 38 624 38 705 38 786 38 867 38 948 39 029 39 110 39 191 39 272 39 353 39 434 530 39 434 39 515 39 596 39 677 39 758 39 839 39 920 40 001 40 082 40 163 40 243 540 40 243 40 324 40 405 40 486 40 567 40 648 40 729 40 810 40 891 40 972 41 053 550 41 053 41 134 41 215 41 296 41 377 41 457 41 538 41 619 41 700 41 781 41 862 560 41 862 41 943 42 024 42 105 42 185 42 266 42 347 42 428 42 509 42 590 42 671 570 42 671 42 751 42 832 42 913 42 994 43 075 43 156 43 236 43 317 43 398 43 479 580 43 419 43 560 43 640 43 721 43 802 43 883 43
53. 4 472 4 482 4 492 4 502 4 512 4 522 4 532 530 4 532 4 542 4 552 4 562 4 572 4 582 4 592 4 602 4 612 4 622 4 632 540 4 632 4 642 4 652 4 662 4 672 4 682 4 692 4 702 4 712 4 722 4 732 550 4 732 4 742 4 762 4 762 4 772 4 782 4 793 4 803 4 813 4 823 4 833 560 4 833 4 843 4 853 4 863 4 873 4 883 4 893 4 904 4 914 4 924 4 934 570 4 934 4 944 4 954 4 964 4 974 4 984 4 995 5 005 5 015 5 025 5 035 580 5 035 5 045 5 055 5 066 5 076 5 086 5 096 5 106 5 116 5 127 5 137 590 5 137 5 147 5 157 5 167 5 178 5 188 5 198 5 208 5 218 5 228 5 239 C 0 1 2 3 4 5 6 8 9 10 P Kohl ENCPB juin 2006 page 44 dition 2006 T P N 8 P Kohl ENCPB juin 2006 page 45 T P N 8 THERMOCOUPLE T Cuivre Constantan ITS 90 Table pour thermocouple de type T Tension vide exprim e en mV C 0 01 2 3 4 5 6 1 8 9 10 0 0 000 0 039 0 078 0 117 0 156 0 195 0 234 0 273 0 312 0 352 0 391 10 0 391 0 431 0 470 0 510 0 549 0 589 0 629 0 669 0 709 0 749 0 790 20 0 790 0 830 0 870 0 911 0 951 0 992 1 033 1 074 1 114 1 155 1 196 30 1 196 1 238 1 279 1 320 1 362 1 403 1 445 1 486 1 528 1 570 1 612 40 1 612 1 654 1 696 1 738 1 780 1 823 1 865 1 908 1 950 1 993 2 036 50 2 036 2 079 2 122 2 165
54. 40 21 582 21 625 21 668 21 710 21 753 21 796 21 838 21 881 21 924 530 21 924 21 966 22 009 22 052 22 094 22 187 22 179 22 222 22 265 22 307 22 350 540 22 350 22 393 22 435 22 478 22 521 22 563 22 606 22 649 22 691 22 734 22 716 550 22 716 22 819 22 862 22 904 22 947 22 990 23 032 28 075 23 117 23 160 23 203 560 23 203 23 245 23 288 23 331 23 373 23 416 23 458 23 501 23 544 23 586 23 629 570 23 629 23 671 23 714 23 757 23 199 23 842 23 884 23 927 23 970 24 012 24 055 580 24 055 24 097 24 140 24 182 24 225 24 267 24 310 24 353 24 395 24 438 24 480 590 24 480 24 523 24 565 24 608 24 650 24 693 24 735 24 718 24 820 24 863 24 905 P Kohl ENCPB juin 2006 page 43 T P N 8 THERMOCOUPLE S Platine Platine rhodium 10 ITS 90 Table pour thermocouple de type S Tension vide exprim e en mV C 0 1 2 3 4 5 6 8 9 10 0 0 000 0 005 0 011 0 016 0 022 0 027 0 033 0 038 0 044 0 050 0 055 10 0 055 0 061 0 067 0 072 0 078 0 084 0 090 0 095 0 101 0 107 0 113 20 0 113 0 119 0 125 0 131 0 137 0 143 0 149 0 155 0 161 0 1
55. 5 469 15 511 15 554 380 15 554 15 596 15 638 15 680 15 722 15 764 15 806 15 849 15 891 15 933 15 975 390 15 975 16 017 16 059 16 102 16 144 16 186 16 228 16 270 16 313 16 355 16 397 400 16 397 16 439 16 482 16 524 16 566 16 608 16 651 16 693 16 735 16 778 16 820 410 16 820 16 862 16 904 16 947 16 989 17 031 17 074 17 116 17 158 17 201 17 243 420 17 243 17 285 17 328 17 370 17 413 17 455 17 497 17 540 17 582 17 624 17 667 430 17 667 17 709 17 752 17 794 17 837 17 879 17 921 17 964 18 006 18 049 18 091 440 18 091 18 134 18 176 18 218 18 261 18 303 18 346 18 388 18 431 18 473 18 516 450 18 516 18 558 18 601 18 643 18 686 18 728 18 771 18 813 18 856 18 898 18 941 460 18 941 18 983 19 026 19 068 19 111 19 154 19 196 19 239 19 281 19 324 19 366 470 19 366 19 409 19 451 19 494 19 537 19 579 19 622 19 664 19 707 19 750 19 792 480 19 792 19 835 19 877 19 920 19 962 20 005 20 048 20 090 20 133 20 175 20 218 490 20 218 20 261 20 303 20 346 20 389 20 431 20 474 20 516 20 559 20 602 20 644 500 20 644 20 687 20 730 20 772 20 815 20 857 20 900 20 943 20 985 21 028 21 071 510 21 071 21 113 21 156 21 199 21 241 21 284 21 326 21 369 21 412 21 454 21 497 520 21 497 21 5
56. 67 0 173 30 0 173 0 179 0 185 0 191 0 197 0 204 0 210 0 216 0 222 0 229 0 235 40 0 235 0 241 0 248 0 254 0 260 0 267 0 273 0 280 0 286 0 292 0 299 50 0 299 0 305 0 312 0 319 0 325 0 332 0 338 0 345 0 352 0 358 0 365 60 0 365 0 372 0 378 0 385 0 392 0 399 0 405 0 412 0 419 0 426 0 433 10 0 433 0 440 0 446 0 453 0 460 0 467 0 474 0 481 0 488 0 495 0 502 80 0 502 0 509 0 516 0 523 0 530 0 538 0 545 0 552 0 559 0 566 0 573 90 0 573 0 580 0 588 0 595 0 602 0 609 0 617 0 624 0 631 0 639 0 646 100 0 646 0 653 0 661 0 668 0 675 0 683 0 690 0 698 0 705 0 713 0 720 110 0 720 0 727 0 735 0 743 0 750 0 758 0 765 0 773 0 780 0 788 0 795 120 0 795 0 803 0 811 0 818 0 826 0 834 0 841 0 849 0 857 0 865 0 872 130 0 872 0 880 0 888 0 896 0 903 0 911 0 919 0 927 0 935 0 942 0 950 140 0 950 0 958 0 966 0 974 0 982 0 990 0 998 1 006 1 013 1 021 1 029 150 1 029 1 037 1 045 1 053 1 061 1 069 1 077 1 085 1 094 1 102 1 110 160 1 110 1 118 1 126 1 134 1 142 1 150 1 158 1 167 1 175 1 183 1 191 170 1 191 1 199 1 207 1 216 1 224 1 232 1 240 1 249 1 257 1 265 1 273 180 1 273 1 282 1 290 1 298 1 307 1 315 1 323 1 332 1 340 1 348 1 357 190 1 357 1 365 1 373 1 382 1 3
57. 76 5 6020 7 1296 125 232 1 0 001 065 10 7706 1524 74 2009 9 2534 6 524 99 2188 5 2713 5 1 5813 5 4962 7 0775 130 270 1 0 001 070 10 6685 1546 02 1993 9 2539 9 1546 31 2174 2 2720 5 1 6344 5 3925 7 0269 135 113 0 0 001 075 10 5822 1567 35 1977 7 2545 0 567 69 2159 6 2727 3 1 6870 5 2907 6 9777 140 861 3 0 001 080 10 5089 588 74 1961 3 2550 0 1589 13 2144 7 2733 9 1 7391 5 1908 6 9299 145 415 4 0 001 085 10 4463 610 18 1944 7 2554 9 610 63 2129 6 2740 3 1 7907 5 0926 6 8833 150 475 8 0 001 091 10 3928 1631 68 1927 9 2559 5 632 20 2114 3 2746 5 1 8418 4 9960 6 8379 P Kohl ENCPB juin 2006 page 88 TP N 14 Temp rature et pression dans une cocotte minute P Kohl ENCPB juin 2006 page 89 T P N 14 TEMP RATURE ET PRESSION DANS UNE COCOTTE MINUTE Le but de la manipulation consiste tudier las variations de pression et de temp rature de la vapeur contenue dans une cocotte minute au cours du chauffage et du refroidissement Une sonde de temp rature et un capteur de pression sont plac s dans la vapeur L acquisition des donn es est r alis e par le biais de l interface Orphy GTI 1 Pr paration de la manipulation Introduire environ 1 5 L d eau chaude dans la cocotte minute 2 Pr paration de l acquisition Abscisse temps Voie AetB Voie EA2 Prise F Voie B EA7 Gamme 5V Gamme 2V Nom p Unit Pa Nom 0 Unit C talonnage manuel talonnage m
58. 8 C On pourra ainsi rep rer visuellement la f e m correspondant au changement d tat P Kohl ENCPB juin 2006 page 39 T P N 8 3 Exploitation des r sultats Elle est encore faite avec le logiciel Reg Win 3 1 Courbes de solidification Si ces courbes n ont pas t trac es au fur et mesure de la manipulation il faut maintenant entrer sous la forme d un tableau de valeur les indications du voltm tre relev es pendant l tude de la solidification des deux m taux Quand la saisie des donn es est termin e sauvegarder votre travail sur support lectronique disquette cl usb etc Tracer les deux courbes de solidification E f amp Mod liser chacune des trois parties des ces courbes refroidissement du liquide solidification temp rature constante refroidissement du solide en choisissant convenablement les intervalles pour les calculs de mod lisation lin aire Relever alors sur chacune la valeur de la f e m au moment de la solidification 3 2 Tableau r capitulatif des valeurs Dresser le tableau Reg Win 0 CC o 5 1100 la 827 ws BCE Ga 3 3 Graphe amp Tracer la courbe E 0 C est la courbe d talonnage du thermocouple 3 4 Calculs amp Chercher la droite de r gression amp En d duire la relation E f 0 a Que remarque t on a Donner la signification physique du coefficient obtenu amp Indiquer la sensibilit du th
59. 90 1 399 1 407 1 415 1 424 1 432 1 441 200 1 441 1 449 1 458 1 466 1 475 1 483 1 492 1 500 1 509 1 517 1 526 210 1 526 1 534 1 543 1 551 1 560 1 569 1 577 1 586 1 594 1 603 1 612 220 1 612 1 620 1 629 1 638 1 646 1 655 1 663 1 672 1 681 1 690 1 698 230 1 698 1 707 1 716 1 724 1 733 1 742 1 751 1 759 1 768 1 777 1 786 240 1 786 1 794 1 803 1 812 1 821 1 829 1 838 1 847 1 856 1 865 1 874 250 1 874 1 882 1 891 1 900 1 909 1 918 1 927 1 936 1 944 1 953 1 962 260 1 962 1 971 1 980 1 989 1 998 2 007 2 016 2 025 2 034 2 043 2 052 210 2 052 2 061 2 070 2 078 2 087 2 096 2 105 2 114 2 123 2 132 2 141 280 2 141 2 151 2 160 2 169 2 178 2 187 2 196 2 205 2 214 2 223 2 282 290 2 232 2 241 2 250 2 259 2 268 2 277 2 287 2 296 2 805 2 314 2 323 300 2 323 2 332 2 841 2 350 2 860 2 869 2 378 2 387 2 396 2 405 2 415 310 2 415 2 424 2 433 2 442 2 451 2 461 2 470 2 479 2 488 2 497 2 507 320 2 507 2 516 2 525 2 534 2 544 2 553 2 562 2 571 2 581 2 590 2 599 330 2 599 2 609 2 618 2 627 2 636 2 646 2 655 2 664 2 674 2 683 2 692 340 2 692 2 702 2 711 2 720 2 730 2 739 2 748 2 758 2 767 2 716 2 786 350 2 786 2 795 2 805 2 814 2 823 2 833 2 842 2 851 2 861 2 870
60. E C est en fait la chaleur de liqu faction de l eau que l on mesurera ici De la vapeur g n r e dans une chaudi re est re ue dans le calorim tre contenant de l eau froide et vient s y liqu fier Donn es exp rimentales relever pendant l exp rience capacit thermique du calorim tre C u C capacit thermique massique de l eau ceau 4 186 10 J kg K masse d eau initialement pr sente m u mM dans le calorim tre temp rature initiale stabilis e 0a u 0 masse de vapeur Root dans le mL u m calorim tre 0 C 5 i Re temp rature ae Son du TE u 0 dur e du chauffage t u crire l quation calorim trique en admettant que la transformation est adiabatique amp En d duire l expression litt rale de la chaleur latente de vaporisation de l eau 2 MONTAGE Tube de mise l atmosph re Calorim tre Chauffe ballon AB doit tre inclin vers la chaudi re P Kohl ENCPB juin 2006 page 65 T P N 11 3 MODE OPERATOIRE 3 1 Pr paration de la mesure C C Introduire 400 g d eau froide dans le calorim tre de capacit thermique C d j mesur e Peser le vase int rieur du calorim tre Mettre en place la sonde de temp rature et r aliser le circuit lectrique du capteur Dans le ballon qui servira de chaudi re placer de l eau et quelques grains de ponce sulfurique ou Carborund
61. Kohl ENCPB juin 2006 page 53 TP N 11 Mesures calorim triques P Kohl ENCPB juin 2006 page 54 dition 2006 T P N 11 Ce document rassemble plusieurs mesures qui vont faire l objet de quatre s ances de travaux pratiques La quasi totalit de ces manipulations utilisent l ordinateur comme outil d acquisition de donn es par l interm diaire de l interface Orphy G T I Le capteur est une sonde de temp rature Pt 100 fonctionnant entre 0 et 50 C Avant de proc der aux mesures calorim triques proprement dites on devra effectuer l talonnage de cette sonde de fa on ce que l affichage sur l cran se fasse directement en temp rature et non en tension LISTE DES DIFF RENTES MANIPULATIONS PROPOS ES 1 CAPACIT THERMIQUE D UN VASE CALORIM TRIQUE m thode des m langes 5eme rene ne den penn tent nets donne nietv ere p 53 2 CAPACIT THERMIQUE MASSIQUE D UN SOLIDE m thode des m langes dtrrseebitrennr een eeronenenensne sep ernnssenes eee enpe p 55 3 CAPACIT THERMIQUE D UN VASE CALORIM TRIQUE m thode lectrique Ne p 57 4 CAPACIT THERMIQUE MASSIQUE D UN LIQUIDE m thode l ctrig e saine Onda its oaee aaa ea denis ETIE nues nee p 59 5 CHALEUR LATENTE DE FUSION DE LA GLACE m thode des m langes pt p 60 6 CHALEUR LATENTE DE VAPORISATION DE L EAU m thode des m langes sionin e ter ai ao te Cned nues p 62 T ENTHALPIE DE DISSOLUTION D UN SOLIDE IONIQUE DANS L EAU m
62. TIONS ACIDE BASE PAR LA METHODE DES MELANGES Avertissement Ce T P n est vraiment int ressant que si l on tudie les deux acides Vous devez donc tudier les deux acides 1 PRINCIPE Le calorim tre contient au d part la solution acide On y ajoute une quantit de solution basique en l ger exc s Donn es exp rimentales relever pendant l exp rience capacit thermique du calorim tre pyrex C u C capacit thermique massique de la _ Ca u Ca solution acide masse d acide initialement pr sente dans le 2 Z ma u ma S calorim tre temp rature initiale stabilis e 0 u 0 la masse de la solution basique introduite mx u m capacit thermique massique de la Ch u cp solution basique temp rature finale stabilis e du syst me 0 u 0s crire l quation bilan de la r action crire l quation calorim trique en admettant que la transformation est adiabatique amp En d duire l expression litt rale de l enthalpie de r action AH Si l on note n la quantit d acide mise en jeu dans la r action l enthalpie molaire de la A H n a r action acide base est donn e par Remarque Pour que la mesure ait un sens il faut que les solutions soient suffisamment dilu es pour que lors de leur m lange les ph nom nes de dilution ne mettent pas en jeu des nergies non n gligea
63. TRAVAUX PRATIQUES DE PHYSIQUE POUR TECHNICIENS SUP RIEURS CHIMISTES Premi re ann e TABLE DES MATI RES T P 1 Mesures de longueurs et de masses page 3 T P 2 Mesures de densit s page 6 T P 3 Mesures de r sistances page 10 T P 4 Mesure de la variation d une r sistance l aide d un pont page 17 T P 5 Mesures conductim triques talonnage de la cellule page 20 T P 6 tude conductim trique de deux lectrolytes page 27 T P 7 tude de sondes r sistives de temp rature page 31 T P 8 tude d un thermocouple page 35 T P 9 V rification de la loi de Boyle Mariotte page 44 T P 10 Mesure du rendement d un bec Hoffmann page 47 T P 11 Mesures calorim triques page 51 T P 12 Trac des isothermes d un corps pur page 74 T P 13 Pression de vapeur saturante page 79 T P 14 Temp rature et Pression dans une cocotte minute page 86 T P 15 tude d une pompe chaleur page 89 T P 16 tude du moteur de Stirling page 100 T P 17 Mesure du coefficient y de l air par la m thode de Cl ment D sormes page 104 T P 18 Mesure de y par une m thode acoustique page 109 T P 19 Mesure de tensions superficielles page 112 T P 20 tude d un tensioactif page 115 T P 21 Rapidit Temps de r ponse d un capteur page 120 P Kohl ENCPB juin 2006 page 1 Table des mati res DOCUMENT Propri t s de l eau diff rentes temp ratures page 124 ANNEXE 1 Tables des coefficients de Student page 125 Notes pers
64. angulaire et du contour cylindrique En d duire les longueurs totales Ly et Le amp Nettoyer soigneusement les lames l alcool et les s cher amp Pour quelle raison faut il viter de les toucher avec les doigts amp Suspendre la lame ou le contour cylindrique en A amp S assurer ensuite que le curseur M est au z ro amp Amener la balance l quilibre en agissant sur le contrepoids C P Kohl ENCPB juin 2006 page 118 dition 2006 T P N 19 amp Monter doucement le cristallisoir contenant le liquide jusqu ce que la surface libre entre en contact avec la lame amp Sile m nisque n est pas r gulier recommencer l op ration de nettoyage de la lame amp Agir sur le curseur M pour ramener la balance l quilibre tout en man uvrant le cristallisoir au moment de la lecture de la masse m la lame doit tre la limite de l arrachement amp Bien nettoyer et s cher la lame avant chaque mesure 1 3 tude de la tension superficielle de l eau On mesurera a la tension superficielle de l eau distill e du laboratoire o la tension superficielle de l eau de ville o la tension superficielle de l eau sur laquelle on a saupoudr de la poussi re a la tension superficielle de l eau additionn e de d tergent liquide a la tension superficielle de l ac tone o la tension superficielle de l alcool Afin d obtenir un r sultat suffisamment fiable on est amen r p ter plusieu
65. anuel U 0V p 0 U 0V 6 0 Tension Tension Enregistre dur e environ 2000 s avec une mesure toutes les 10 secondes Synchronisation Clavier 3 Chauffage l La soupape tournante n est pas utilis e Elle est remplac e par un tuyau plastique muni d un robinet Le robinet tant ouvert mettre le chauffage et enclencher l acquisition 2 Quand la temp rature est stabilis e 100 C fermer le robinet 3 Quand la soupape de s curit fonctionne depuis quelques minutes arr ter l acquisition et enregistrer le travail dans un fichier 4 Refroidissement La cocotte est plac e sur la paillasse Relancer une acquisition pendant 2000 s Pour gagner un peu de temps vous pourrez arr ter l acquisition d s que la temp rature repasse en dessous de 80 C 5 Exploitation des r sultats 1 Pour le chauffage tracer sur le m me graphe les courbes p f t et 0 f t Commentez en les diff rentes parties 2 Pour le refroidissement tracer p f 0 P Kohl ENCPB juin 2006 page 90 dition 2006 T P N 14 3 C C C 4 V rification du mod le de Duperay p G5 avec p en bar Pour cela effectuer une mod lisation de la courbe de refroidissement entre 100 C et 118 C en proposant une formule de la forme p 10 GS Commentez V rification du mod le de Rankine Cr er deux nouvelles variables In p et x 1 T Visualiser le graphe In p f x Donner l qua
66. apeur o Tracer pour chaque temp rature l isotherme d Amagat pV f p et extrapoler chacune de ces courbes l origine des pressions pour calculer la masse m de fluide o Le gaz doit alors avoir un comportement de gaz parfait de sorte que A AT o M 146 g mol RT o Dresser un tableau des r sultats o Que peut on dire des r sultats obtenus o Indiquez la valeur finale de m Am que vous adopterez en justifiant votre choix C est cette valeur de m qui sera utilis e pour la suite Pour chaque temp rature d terminer si cela existe la pression de vapeur saturante Psat v V o le volume massique de la vapeur saturante v m TE V o le volume massique du liquide saturant v m o Que peut on dire de chacun des deux volumes massiques Tracer la courbe d bullition Psat 0 Tracer In Psat 1 T Que peut on dire de cette la courbe Est il possible d en d duire une relation entre Psa et T D terminer la pente dpsa dT partir de la courbe d bullition Psa f T aux temp ratures pour lesquelles les mesures ont t effectu es En utilisant la relation de Clapeyron donn e ci dessous d duire la chaleur latente de vaporisation L de l hexafluorure de soufre dp L T v y A sat v v L dT Tracer la courbe Ly T Que peut on dire de la variation de la chaleur latente en fonction de la temp rature Que se passe t il lorsque la temp rature 0 tend ver
67. as se contenter de dix lectures mais il faut reposer le solide entre deux essais successifs et reprendre le processus de mesure au d but dans chaque nouvel essai amp Mesurez dix fois de suite une des dimensions not e x du solide choisi avec chacun des instruments dont on dispose amp Mesurez les deux autres dimensions not e xs et x3 dix fois de suite avec le pied coulisse au 1 50 de mm amp Rassembler les r sultats dans un tableau 1 3 valuation des incertitudes sur les mesures Observer chaque s rie de mesures amp Pour chaque instrument valuer l incertitude type de type B due la r solution de Er V12 Et s il y a lieu l incertitude type de type A due aux d fauts de fid lit u x l appareil u x Ch Vn valuer l incertitude combin e puis l incertitude largie au niveau de confiance 95 en utilisant le tableau de Student crire le r sultat final pour chaque mesure avec le nombre de chiffres significatifs convenables Conclusion sur ce travail En tenant compte d une part la qualit des instruments que l on a utilis d autre part de l aspect du solide tudi essayer de d terminer les causes probables des d fauts de fid lit observ s P Kohl ENCPB juin 2006 page 5 TP N 1 2 Mesures de masses Nous utilisons deux balances lectroniques mono plateau l une de port e 1 kg et de r solution 0 1 g l autre de port e de 100
68. atstone La mesure de pressions ou de forces l aide de jauges pi zo r sistives utilise aussi ce type de montage amp d autre part de nombreux appareils utilisent un pont de Wheatstone au niveau de leur syst me de d tection c tait le cas des anciens chromatographes en phase gazeuse Le principe de ces mesures est simple quatre r sistances sont mont es en pont Deux d entre elles jouent le r le de a et de b une troisi me joue le r le d l ment de r f rence du syst me de mesure ou de d tection La quatri me identique la troisi me soit par sa nature soit par sa valeur va servir d l ment sensible ou capteur du syst me de mesure Initialement on r gle le pont de telle sorte qu il soit l quilibre le courant dans la branche CD est nul Lorsque le ph nom ne d tecter se produit il provoque une variation de la valeur de la quatri me r sistance le pont est brusquement d s quilibr et un courant i circule entre C et D Ce courant i de d s quilibre du pont amp sert donc d tecter l v nement qui a provoqu la variation de la r sistance jouant le r le de capteur amp peut aussi servir mesurer la perturbation qui lui a donn naissance 1 2 Simulation d une d tection de temp rature Pour bien comprendre cette utilisation particuli re et importante du pont de Wheatstone nous allons simuler ce qui se passe lorsque l on cherche rep rer une temp rature l aide
69. bles devant l enthalpie de r action que l on cherche tudier 4 MODE OP RATOIRE 4 1 Pr paration de la mesure Le vase calorim trique doit tre en Pyrex Acide chlorhydrique sur hydroxyde de Acide orthophosphorique sur sodium hydroxyde de sodium amp Introduire 240 g d acide chlorhydrique Introduire 110 g de solution d acide de concentration molaire 2 mol L dans orthophosphorique de concentration le calorim tre dont on a d termin la molaire 1 mol L dans le calorim tre capacit thermique C dont on a d termin la capacit thermique C P Kohl ENCPB juin 2006 page 69 T P N 11 amp Mettre en place la sonde de temp rature et son circuit lectrique d acquisition amp Pr parer Acide chlorhydrique sur hydroxyde de sodium Acide orthophosphorique sur hydroxyde de sodium amp 260 g de solution de soude 2mol L amp 860 g de solution de soude 1 mol L Mesurer au densim tre les densit s d et d de chacune des deux solutions 4 2 Acquisition des donn es amp Programmer une dur e d acquisition de 4 minutes amp S assurer de la stabilit relative de la temp rature Commencer l acquisition amp Introduire la soude au bout de 1 2 minutes amp la fin de l acquisition enregistrer votre travail 5 EXPLOITATION DES R SULTATS 5 1 Graphe amp Tracer la courbe de la temp rature en fonction du temps 5 2 Calculs
70. c de l eau de la source chaude o se trouve le serpentin condenseur L nergie lectrique Ee et la puissance P consomm es par le compresseur 4 1 Temp ratures initiales amp Relever les temp ratures des deux r servoirs elles doivent tre sensiblement gales 4 2 Mise en marche SS Relier la boite de raccordement au secteur et d clencher un chronom tre Le compresseur commence fonctionner amp Imm diatement mettre le commutateur de commande 13 du joule m tre sur RUN la mesure de l nergie lectrique consomm e d bute 4 3 Tableau des mesures Toutes les minutes relever Or Oc Ee et Pe amp Dresser un tableau des mesures Que constate t on amp Au bout de quinze minutes arr ter le fonctionnement de la pompe chaleur en d connectant la boite de raccordement du secteur 4 4 volution de la temp rature en fonction du temps amp Tracer sur un m me graphe les deux courbes Or f f et Oc K8 amp Conclusion 4 5 Calcul de l efficacit r elle n On se propose de calculer l efficacit r elle ou indice de performance pour chaque intervalle de temps At 1 min A chaque instant la quantit de chaleur dQc c d e par le fr on au r servoir d eau chaude est oppos e la quantit de chaleur dQ re ue par l eau dQ m Cea d0c avec m 4 kg Csau 4 18 10 J kg K Dans le m me esprit la puissance lectrique apport e s exprime par _dE dt La puissan
71. ce capacit thermique du calorim tre cf manipulation 1 E E 3 Ta capacit thermique massique de l eau Ceau 4 166 10 kg K masse d eau initialement pr sente dans le calorim tre na u Me temp rature initiale stabilis e 0a u 0 masse du solide mp u Mpb temp rature initiale du solide chauff 6 u temp rature finale stabilis e du P Ot u 0s syst me crire l quation calorim trique en consid rant le dispositif adiabatique amp En d duire l expression litt rale de la capacit thermique massique c du solide 2 MODE OP RATOIRE 2 1 Pr paration de la mesure Le vase calorim trique doit tre en aluminium amp Introduire 350 g d eau froide dans le calorim tre de capacit thermique C d j mesur e amp Mettre en place la sonde de temp rature et r aliser le circuit lectrique du capteur amp Noter la nature du solide tudi aluminium cuivre ou fer amp Peser sur une balance au d cigramme et noter sa masse amp Le suspendre dans un Becher contenant de l eau port e bullition amp Maintenir ainsi le solide dans l eau bouillante pendant environ dix minutes On pourra alors consid rer qu il a atteint la temp rature d bullition de l eau 2 2 Acquisition des donn es L acquisition sera faite en fonction du temps On programmera une dur e d acquisition de quatre minutes amp Commence
72. ce thermique re us par la source chaude s exprime par eau P Kohl ENCPB juin 2006 page 97 T P N 14 P 4O meg dt dt L efficacit r elle est donc le rapport LE Cr er les variables convenables Dresser un tableau des r sultats 4 6 volution de l efficacit n en fonction des temp ratures amp Tracer la courbe n f 6c 6r Conclure 4 7 Comparaison de l efficacit r elle avec l efficacit id ale n ax Pour une pompe chaleur fonctionnant de fa on id ale donc r versible entre une source froide la temp rature Tr en K et une source chaude la temp rature Tc en K on aurait Te Nimax T T Dresser un tableau des valeurs et tracer la courbe correspondante en la superposant la courbe n f 0c 0r du 4 6 Conclure P Kohl ENCPB juin 2006 page 98 dition 2006 T P N 14 5 ETUDE DU FONCTIONNEMENT SUR LE DIAGRAMME DE MOLLIER 5 1 Rappel du fonctionnement de la pompe chaleur Condenseur C Local chauffer Etat 1 Le fr on arrive l entr e du compresseur l tat gazeux la pression ppg et temp rature 01 tat 2 Il passe alors dans le compresseur qui le comprime la pression pc Cette compression rapide est suppos e adiabatique le fr on gazeux s chauffe jusqu la temp rature 02 tat 3 Dans le serpentin du condenseur C le fr on se refroidit jusqu la temp rature Oc de la
73. ches de sens de rotation pour les s lecteurs de gamme 5 et 6 8 Interrupteur avec voyant 9 Bouton de remise z ro Reset pour l affichage des mesures de puissance commutateur 11 sur la position W 10 Afficheur LED 11 Commutateur de fonction e Position sup rieure W affichage de la puissance P en watt e Position inf rieure WS affichage de l nergie lectrique Ee en watt seconde ou joule 12 S lecteur de gamme pour le coefficient de temps de l int grateur 13 Commutateur de commande de l int grateur P Kohl ENCPB juin 2006 page 95 T P N 14 e RUN mesure de l nergie lectrique e STOP interruption de la mesure avec blocage de l affichage e RESET remise z ro de l int grateur et de l affichage 14 Sortie analogique 15 Remise z ro pour la sortie analogique 3 MONTAGE ET R GLAGES 3 1 Alimentation du wattm tre Relier le wattm tre au secteur et le mettre sous tension 3 2 Remplissage des sources de chaleur amp Enlever les r servoirs en faisant pivoter les supports amp Les remplir avec 4 L d eau mesur s l prouvette amp Remettre en place les r servoirs sur les supports 3 3 Mise en place des sondes de temp rature amp V rifier la pr sence des deux sondes de temp rature dans les sources froide et chaude amp Les connecter l indicateur de temp rature 3 4 R glage du wattm tre joule m tr
74. ctement la conductance G y ie y k o k est la constante de cellule R p 1 l les autres correspondent un montage de pont de Wheatstone aliment en alternatif sous des fr quences suffisamment lev es de 100 2000 Hz Ainsi les ions sont sollicit s par le champ lectrique alternatif en sens inverse deux fois par p riode 0 5 ms lt T lt 10 ms et leur mouvement r sultant est nul ils n atteignent pas les lectrodes et aucune lectrolyse ne peut se produire Ainsi modifi le montage porte le nom de pont de Kohlrausch Du fait de son inertie l instrument de z ro ne peut plus tre le galvanoscope le cadre resterait immobile ind pendamment du courant qui le traverse Comme les fr quences utilis es sont dans le domaine audible on peut utiliser un couteur comme d tecteur de z ro On peut galement utiliser un oscilloscope entre C et D lorsque l quilibre du pont est atteint la tension Ucp est nulle et la trace observ e sur l cran cesse d tre une sinuso de pour d identifier l axe horizontal Conclusion Vous ne perdrez pas de vue que les mesures conductim triques sont de fait des mesures de r sistances ou de conductances pour lesquelles on mesure la r sistance ou la conductance de l chantillon de solution compris entre les deux armatures d une cellule conductim trique 2 Pr cautions d emploi des cellules conductim triques e La cellule ne doit jamais s cher pr voir un
75. d une sonde r sistance Pt 100 Il s agit d une r sistance de platine telle qu 0 C sa r sistance Ro 100 Q Port e des temp ratures sup rieures 0 C sa r sistance augmente Si le pont a t r gl l quilibre alors que la sonde tait 0 C il va progressivement se d s quilibrer au fur et mesure que la temp rature de la sonde s l ve 1 3 Montage Dans le montage ci dessous la r sistance X constitu e par un ensemble de trois bo tes d cades simule une sonde Pt 100 On fera varier manuellement la valeur de la r sistance entre 100 et 140 Q afin de simuler une variation de temp rature de 0 100 C Sur le sch ma de montage ci dessous mV repr sente un multim tre num rique utilis sur la fonction millivoltm tre dont le r le est de mesurer la tension de d s quilibre du pont proportionnelle au courant de d s quilibre amp Avant de r aliser le montage mesurer les r sistances a et b de la bo te de t te de pont r gl e sur K 1 l aide d un ohmm tre P Kohl ENCPB juin 2006 page 19 T P N 4 amp R aliser le montage Ce bloc de trois r sistances simule une sonde de temp rature Pt 100 x 102 x 10 x 10 O O O O er 1 4 R glage de l quilibre du pont amp Afficher X 100QetK 1 amp Fermer les interrupteurs p et g Rechercher l quilibre du pont en faisant varier R amp
76. e il se trouve l intersection de la droite horizontale correspondant pc constante et de la courbe s constante passant par le point 1 amp Sur le diagramme lire la temp rature 0 2 et l enthalpie massique h2 correspondant au point 2 amp Comparer la temp rature 8 lue sur le diagramme et la temp rature 0 relev es sur le tuyau en cuivre la sortie du compresseur Que constate t on Point3 Dans le condenseur le gaz se refroidit sous la pression constante pc et va commencer se liqu fier amp Sur le diagramme lire la temp rature 0 laquelle le gaz commence se liqu fier Point 4 Dans le condenseur la liqu faction se poursuit jusqu tre totale le liquide form se refroidit jusqu la temp rature 0c de la source chaude il continue se refroidir sur son trajet vers le d tendeur jusqu la temp rature 0 il se trouve l intersection de la droite horizontale pc constante et de la courbe isotherme d quation 04 constante amp Lire l enthalpie massique h du liquide avant sa d tente P Kohl ENCPB juin 2006 page 100 dition 2006 T P N 14 Point 5 La transformation 4 5 peut tre assimil e une d tente de Joule Thomson Le fluide suit alors une isenthalpique et le point 5 se trouve l intersection de la droite verticale h4 constante avec la droite horizontale pg constante s Lire la fraction massique x de vapeur qui s est form e au cou
77. e Tourner les commutateurs 5 et 6 jusqu aux positions 300 V et 3A Remise z ro de l affichage du joule m tre position WS mesure de l nergie lectrique amp Mettre le s lecteur de gamme 12 sur la position t 1 s Placer le commutateur de fonction 11 sur WS et le commutateur de commande 13 de l int grateur sur RESET puis sur RUN amp Arr ter l affichage num rique l aide du potentiom tre 9 et ne plus le bouger R glage du temps d int gration convenable pour la mesure amp Remettre le commutateur de commande 13 sur RESET R gler le temps d int gration la valeur 10 s en utilisant le s lecteur de gamme 12 3 5 Liaison lectrique wattm tre compresseur WATTMETRE Compresseur Vers le secteur 7 Boite de raccordement Ne pas relier au secteur pour le moment le compresseur commencerait fonctionner P Kohl ENCPB juin 2006 page 96 dition 2006 T P N 14 NE JAMAIS RELIER DIRECTEMENT LE COMPRESSEUR DE LA POMPE A CHALEUR AU SECTEUR 3 6 Mise en marche des agitateurs Mettre en marche les agitateurs dans les deux r servoirs d eau g 4 TUDE DE L EFFICACIT DE LA POMPE A CHALEUR On d cide de faire des mesures avec la pompe chaleur fonctionnant pendant une quinzaine de minutes Pendant ce temps vous rel verez toutes les minutes e La temp rature 0r de l eau de la source froide o se trouve le serpentin vaporateur e La temp rature 0
78. e graphe relever les valeurs 0 de la temp rature initiale du calorim tre et 0 sa temp rature finale Le curseur donn es de l cran graphique du logiciel RegWin permet de pointer convenablement ces valeurs 3 2 Calculs amp partir de l quation calorim trique calculer num riquement la capacit thermique C du calorim tre 3 3 Pr cision de la mesure R le de la balance amp Appr cier la pr cision obtenue sur chacune des deux masses m et mp compte tenu de la sensibilit de la balance utilis e R le de l interface La pr cision avec laquelle l interface GTI effectue la conversion de la tension analogique d entr e est 1 le pas de conversion ou r solution du convertisseur est ici n gligeable amp En d duire l incertitude avec laquelle sont d termin es les diff rences 6 0a et 0b 0 L incertitude sur la mesure de C amp Quel est le facteur qui limite la pr cision sur la mesure de la capacit thermique C amp La valeur adopt e pour ceau ne comporte t elle pas trop de chiffres valuer l incertitude u C sur la mesure tait il justifi de consid rer le dispositif comme adiabatique Exprimer le r sultat final de votre mesure P Kohl ENCPB juin 2006 page 57 T P N 11 MANIPULATION N 2 CAPACIT THERMIQUE MASSIQUE D UN SOLIDE PAR LA METHODE DES MELANGES 1 PRINCIPE Donn es exp rimentales relever pendant l exp rien
79. e que l eau c Manipulations Pr cautions Pendant toutes les op rations qui vont suivre il ne faut pas tenir le pycnom tre pleine main ni le placer en plein soleil pour viter de le chauffer Les dilatations qui s ensuivraient provoqueraient une erreur syst matique Les conditions de remplissage devront se faire dans les m mes conditions de temp rature R alisation Effectuer les pes es pour d terminer la densit de la solution saline de concentration X d j utilis e la densit d un solide de votre choix pensez noter sa nature d R sultats Densit d un liquide amp Effectuer le calcul et comparer la valeur trouv e avec celle obtenue avec par la m thode du densim tre Exprimer litt ralement puis calculer les incertitudes u m et u m en tenant compte d une part des pes es d autre part de l ajustage du niveau au trait de jauge le diam tre int rieur du capillaire et la hauteur d ajustement sont de l ordre du millim tre Lequel de ces deux param tres influence le plus et limite ces incertitudes En d duire zo et u d amp Que peut on penser de la pr cision obtenue sur une densit par cette m thode Comparer avec la pr cision obtenue avec le densim tre Densit d un solide P Kohl ENCPB juin 2006 page 9 TP N 2 amp Effectuer le calcul et comparer la valeur trouv e avec des donn es issues de tables Handbook ou d un site Internet amp Calculer
80. emi re acquisition pour la valeur V 0 amp Faire couler la solution de soude dans le calorim tre par petites fractions gales entre elles de 4 cm3 Apr s chaque addition de soude attendre que la temp rature 0 se stabilise Noter alors au clavier la valeur du volume vers V et effectuer l acquisition de ce point de mesure amp Continuer l addition de soude jusqu ce qu elle ne provoque plus aucune l vation de temp rature amp Quand l acquisition est termin e enregistrer votre travail 3 EXPLOITATION DES R SULTATS 3 1 Calculs pr liminaires La masse m de solution pr sente initialement dans le calorim tre est la somme de la masse de la solution d acide et de la masse d eau ajout e Calcul de la masse m contenue dans le calorim tre s En utilisant la mesure de la densit de la solution d acide calculer la masse de solution d acide On prendra Peau 10 kg ms amp En d duire la masse m de solution contenue initialement dans le calorim tre Calcul de la masse de soude en fonction du volume x amp Pour chaque valeur de V calculer la masse m de soude introduite Comme ci dessus on utilisera la mesure de la densit de la solution de soude P Kohl ENCPB juin 2006 page 74 dition 2006 T P N 11 amp Pour ce qui est de sa capacit thermique massique on assimilera celle du m lange obtenu dans le calorim tre celle de l eau Ceau 4 186 x 103 J kg K Calcul des q
81. emp rature se stabilise Notez que quelque soit l indication stable du thermom tre la temp rature est 0 C car il y a quilibre liquide solide de l eau 2 2 Acquisition de donn es L acquisition se fait en fonction du temps sur une dur e de dix minutes S assurer que la temp rature initiale affich e l cran est stable amp Commencer l acquisition amp Au bout de 1 2 minutes introduire les gla ons 0 C que l on aura rapidement essuy s avec du papier Joseph s Quand l acquisition est termin enregistrer votre travail a Mesure de la masse m de glace introduite amp Repeser le vase int rieur du calorim tre Par diff rence avec la valeur de la masse initiale calculer la valeur de la masse mb de glace r ellement introduite P Kohl ENCPB juin 2006 page 63 T P N 11 3 EXPLOITATION DES RESULTATS 3 1 Graphe amp Tracer la courbe de la temp rature en fonction du temps 3 2 Calculs amp partir de l quation calorim trique calculer la chaleur latente de fusion de la glace L amp Compte tenu de la baisse de temp rature obtenue et des conditions de pes e appr cier la pr cision que l on peut attendre sur cette mesure 3 3 Conclusion amp Exprimer le r sultat final de votre mesure P Kohl ENCPB juin 2006 page 64 dition 2006 T P N 11 MANIPULATION N 6 CHALEUR LATENTE DE VAPORISATION DE L EAU PAR LA METHODE DES MELANGES 1 PRINCIP
82. encore nous limiterons notre choix l utilisation de la lame de platine iridium de Wilhemy 2 Vues de appareil TD1 LAUDA M E ainia run CL LU ve eee Ge CR CD CREER CRRRRRESS z DXI a TE HO D Ep 1 TYPE DE MESURE 1 INTERRUPTEUR 2 REGLAGE DE ZERO 2 FUSIBLE 0 1A 3 ETALONNAGE 3 ALIMENTATION SECTEUR 4 SORTIE ENREGIST JR 5 RACCORDEMENT BALANCE P Kohl ENCPB juin 2006 page 121 T P N 20 Vue avant de la partie m canique Vue avant de la partie m canique TDi LAUDA 1 RACCORDEMENT BOITIER 2 NIVEAU 3 ET 4 PIEDS REGLABLES 5 BOUTON DE COMMANDE 6 PLATEFORME SUPPORT RECIPIENT P Kohl ENCPB juin 2006 page 122 dition 2006 T P N 20 3 Principe de l appareil La mesure de la tension superficielle avec la lame correspond la mesure de la force verticale qu exerce la surface du liquide sur la corps de mesure Le TD 1 dispose cet effet d un m canisme actionn la main qui permet au liquide mesur de se d placer vers le haut ou vers le bas sans vibration La force maximale est obtenue par un d placement lent de la plate forme mobile apr s que le contact ait t tabli avec la surface Afin d effectuer un mesure sans d placement la force qui est transmise par le corps de mesure au support est compens e de fa on lectromagn
83. ent K 0 01 puis 0 001 Ne pas oublier d appuyer sur le bouton de shunt du microamp rem tre lorsque l quilibre est tr s proche P Kohl ENCPB juin 2006 page 14 dition 2006 T P N 3 amp Incertitude type us X due la sensibilit du montage une fois l quilibre trouv de combien faut il faire varier R pour d celer une variation de d viation de l aiguille du galvanoscope Multiplier cette variation par K et vous obtenez Xs sensibilit du montage que vous traitez comme une r solution d appareil de Xs TA mesure u X Incertitude type de justesse uj X Elle est due la qualit de l talonnage des bo tes de r sistances donn e par le fabricant souvent 0 2 Compte tenu du montage et des bo tes utilis es nous avons ici Xj 0 3 de X puis X a u X v12 7 Incertitude combin e sur X Au niveau de confiance 95 on prendra u X 2 Ju X u X7 amp Dresser le tableau r capitulatif suivant Tr mere nee _x D 0 swo wall la amp Commenter les r sultats obtenus amp Les comparer ceux obtenus avec le multim tre amp Conclure C est peut tre une unit de la derni re bo te mais c est peut tre plus P Kohl ENCPB juin 2006 page 15 T P N 3 DOCUMENT N 1 LE MARQUAGE DES RESISTANCES Second chiffre significatif Multiplicateur Premier chiffre significatif En Tol rance
84. er Abscisse Clavier ventuellement Grille Cliquer sur OK Compl ter la fen tre entr e des donn es au clavier symbole V unit mL min 0 max 60 mL amp D s que la valeur du volume saisie dans la fen tre en haut droite est valid e le point p V sera acquis Param trage de la pression amp Faire un talonnage manuel de la voie EA2 conform ment aux caract ristiques d crites ci dessus 4 Acquisitions Il est possible de v rifier la loi de Mariotte pour les pressions inf rieures ou sup rieures la pression atmosph rique Il y a donc deux fa ons de proc der 4 1 tude en d pression La seringue tant d connect e de la feuille anglaise tube de plastique qui la relie au capteur de pression P Kohl ENCPB juin 2006 page 48 dition 2006 T P N 9 C C C C Placer le piston 0 relier la seringue au tuyau Tirer lentement sur le piston de 2 mL en 2 mL jusqu 40 mL Pour chaque valeur du volume entrer la valeur au clavier Lorsque l on valide touche Entr e les valeurs du couple p V sont acquises Une fois le travail exp rimental effectu enregistrer les donn es dans le logiciel Regressi Windows il y a une ic ne adapt e dans la barre d outils 4 2 tude en compression C Recommencer une acquisition en ayant pris soin de d buter avec un volume initial de 60 mL et en appuyant lentement de 2mL en 2mL Enregistrer le travail dans une seconde
85. ermocouple amp Quelle serait la relation qui donnerait la temp rature connaissant la f e m 4 Comparaison avec des tables Vous avez talonn un thermocouple de type inconnu amp En utilisant les tables de correspondance fournie partir de la page suivante de quel type de thermocouple s agit il amp Quelle erreur relative avez vous commis sur chaque point amp Quelle est l erreur relative moyenne amp L cart ventuellement relev est il d l appareil de mesure ou y a t il eu erreur syst matique P Kohl ENCPB juin 2006 page 40 dition 2006 TP N 8 TABLES DE CORRESPONDANCE DES THERMOCOUPLES THERMOCOUPLE E Chromel Constantan Utilisable de 270 C 1000 C ITS 90 Table pour thermocouple de type E Thermoelectric Voltage in mV C 0 1 2 3 4 5 6 T 8 9 10 0 0 000 0 059 0 118 0 176 0 235 0 294 0 354 0 413 0 472 0 532 0 591 10 0 591 0 651 0 711 0 770 0 830 0 890 0 950 1 010 1 071 1 131 1 192 20 1 192 1 252 1 313 1 373 1 434 1 495 1 556 1 617 1 678 1 740 1 801 30 1 801 1 862 1 924 1 986 2 047 2 109 2 171 2 233 2 295 2 357 2 420 40 2 420 2 482 2 545 2 607 2 670 2 133 2 195 2 858 2 921 2 984 3 048 50 3 048 3 111 3 174 3 238 3 301 3 365 3 429 3 492 3 556 3 620 3 685 60 3 685 3 749 3 813 3 877 3 942 4 006 4
86. ession au fluide La marge de man uvre du dispositif est de 0 plus de 45 bars Il ne faudra jamais d passer P nax 45 bar En tournant le volant on fait monter le mercure dans l prouvette qui est gradu e de 0 05 cm en 0 05 cm sur 4 cm La pression est lue sur le manom tre 1 2 Transformation isotherme Chaque isotherme doit par d finition tre trac e temp rature constante Pour cela l prouvette de verre est thermostat e de l ext rieur Dans la jaquette qui entoure l prouvette on assure donc une circulation d eau temp rature constante Pour cela les orifices de la jaquette sont convenablement reli s la cuve thermostatique munie d une pompe Pour assurer une parfaite s curit La jaquette doit tre remplie d eau avant la mise en pression du fluide La temp rature est lue sur un thermom tre plac dans la jaquette thermostat e 2 MESURES 2 1 Ordre de l acquisition des isothermes Pour gagner du temps effectuer les mesures dans l ordre des temp ratures croissantes a Premi re isotherme 10 C par exemple a Seconde isotherme 20 C a etc On devra ainsi tracer au moins 6 isothermes jusqu la temp rature de 50 C 0 gt 0 2 2 Relev d une isotherme P Kohl ENCPB juin 2006 page 78 dition 2006 T P N 12 amp temp rature constante relever des couples de valeurs p V en jouant sur la rotation du volant Il faut atteindre des valeurs de vo
87. eur de cette constante e Le pont de Kohlrausch qui s apparente au pont de Wheatstone dans son principe g n ral e Le conductim tre pour lequel il faudra toujours garder l esprit qu il s agit d un appareil de mesure lectrique Vous manipulerez en recherchant toujours les causes d erreurs et les incertitudes 4 1 Utilisation d un pont de Kohlrausch C est un pont de Wheatstone aliment en alternatif o la solution contenue entre les lectrodes constitue la r sistance mesurer a Montage couteur Ec ou millivoltm tre en alternatif Cellule conductim trique dans solution talon o5 source alternative utilis e sur la sortie 2000 Q o Ec couteurs le minimum de son traduit le minimum de courant dans la branche CD donc l quilibre du pont uK bo te t te de pont ou bo te de rapport sur laquelle on affiche le rapport des r sistances a et b a La r sistance variable R est constitu e par une s rie de bo tes d cades u X repr sente la r sistance de la portion d lectrolyte comprise entre les lectrodes de la cellule conductim trique b Technique d une mesure amp Plonger la cellule dans la solution talon en veillant ce qu aucune bulle d air ne se trouve entre les lectrodes amp Arr ter l agitation de la solution pendant le temps de la mesure Mettre les bo tes d cades constituant R leur valeur maximum et la bo te de rapport sur 1 amp Appuyer sur l interru
88. g et de r solution 0 1 mg amp R p ter plusieurs fois la pes e avec le pav droit utilis pr c demment Dresser un tableau des mesures par balance amp Quelle conclusion pouvez vous apporter pour chacune des deux balances valuer l incertitude en pr cisant les types d incertitudes consid rer dans chaque cas A ou B A et B amp En d duire l incertitude largie au niveau de confiance 95 Dresser un tableau des r sultats de la forme Balance 0 1 g Balance 0 1 mg amp Quels renseignements vous apporte ce tableau quant aux qualit s des deux balances 3 Masse volumique de l chantillon amp Calculer la masse volumique p de l objet en indiquant clairement les r sultats choisis pour effectuer ce calcul amp Calculer l incertitude sur p crire le r sultat avec le nombre de chiffres significatifs convenable P Kohl ENCPB juin 2006 page 6 TP N 2 MESURES DE DENSITES P Kohl ENCPB juin 2006 TP N 2 1 Mesures de densit s 1 1 Utilisation de densim tres densit de solutions salines Vous disposez d une s rie de solutions de chlorure de sodium NaCl de concentrations c connues 1 et d une solution de concentration inconnue X a tude de la variation de la densit en fonction de la concentration Pour chaque mesure amp Introduire la solution dans une prouvette suffisamment large et haute amp Y plonger doucement un densim
89. ibre thermique avec le milieu ne pas laisser flotter le tube h molyse sur le liquide Pendant toute la phase de refroidissement noter toutes les 10 secondes l indication du voltm tre Ne pas cesser d observer le creuset il faut rep rer le moment o la solidification se produit Elle se d roule temp rature constante et se traduit donc par une stabilisation temporaire de l indication du voltm tre Quand on constate que l indication du voltm tre recommence diminuer la solidification est termin e on arr te alors les relev s Plut t que de relever les valeurs sous la forme d un tableau on a int r t placer directement les points exp rimentaux sur une feuille de papier millim tr on voit ainsi la courbe de refroidissement et le palier de solidification prendre forme au fur et mesure des relev s Pour le plomb surtout dont la temp rature de solidification est la plus lev e il peut arriver que le palier de changement d tat ne soit pas tr s net parce que le refroidissement est trop rapide Recommencer alors les mesures en maintenant sous le creuset un l ger chauffage Si vous n tes pas tr s s rs de votre r sultat vous avez int r t r chauffer et refondre le solide imm diatement pour pouvoir faire une nouvelle mesure sans perdre de temps b Pour l ac tate de sodium Sa temp rature de solidification est de 58 C Son chauffage sera effectu au bain marie rempli d eau chaude gt 5
90. in 2006 page 87 T P N 13 TABLES THERMODYNAMIQUES DE LA VAPEUR D EAU La chaleur latente de vaporisation y est not e h Vapeur satur e table de temp rature Volume massique nergie interne Enthalpie Entropie m kg kJ kg kJ kg kJ kg K Temp Pression Liquide Vapeur Liquide Vapeur Liquide Vapeur Liquide Vapeur C kPa satur e satur e Satur Vaporisation Satur e Satur Vaporisation Satur e Satur Vaporisation Satur e 0 pP Ve Vg ut Utg Ug hi hig hg St Sig Sg 0 01 0 6113 0 001 000 206 14 00 2375 3 2375 83 O1 2501 3 2501 4 0000 9 1562 9 1562 5 0 8721 0 001000 147 12 20 97 2361 3 2382 3 20 98 2489 6 2510 6 0761 8 9496 9 0257 10 j1 2276 0 001000 1106 38 142 00 2347 2 2389 2 42 01 2411 1 2519 8 1510 8 7498 8 9008 15 l 7051 0 001001 77 93 62 99 2333 1 2396 1 62 99 2465 9 2528 9 245 8 5569 8 7814 20 2 339 0 001 002 57 79 83 95 2319 0 2402 9 83 96 2454 1 2538 1 2966 8 3706 8 6672 25 1169 0 001 003 43 36 104 88 2304 9 2409 8 1104 89 2442 3 2547 2 3674 8 1905 8 5580 30 4 246 0 001 004 132 89 125 78 2290 8 2416 6 125 79 2430 5 2556 3 4369 8 0164 8 4533 35 5 628 0 001 006 25 22 146 67 2276 7 2423 4 146 68 2418 6 2565 3 5053 7 8478 8 3531 40 7 384 0 001 008 19 52 167 56 2262 6 2430 1 1167 57 2406 7 2574 3 5725 7 6845 8 2570 45
91. incipe A microamp rem tre a et b r sistances de rapport connu R r sistance r glable connue X r sistance mesurer G n rateur 0 30 V r gl sur 3 V un peu plus pour les grandes r sistances En agissant sur les r sistances a b et R il est possible d annuler le courant dans le microamp rem tre pA On dit alors que le pont est quilibr Ona Ve VL 0 Tc Vb Cela permet d appliquer la loi d Ohm aux bornes de a et de b Vi Vce al et Vi V ab d o a a l b SpA D autre part V V X I V V R L donc XL R I gt L EL l quilibre du pont les quatre r sistances sont donc telles que X a R b Remarquons qu il est inutile de conna tre les r sistances a et b seul leur rapport intervient Ce rapport s appelle rapport de t te de pont a KaR 1 b 1 P Kohl ENCPB juin 2006 page 13 T P N 3 2 2 Montage C EE R aliser le montage suivant o X repr sente la r sistance R i 1 5 dont on cherche conna tre la valeur Le galvanoscope est prot g par un shunt Lorsqu on sera au voisinage de l quilibre on supprimera le shunt en maintenant appuy le petit bouton m tallique On profite alors de toute la sensibilit du galvanoscope La bo te t te de pont ou bo te de rapport K contient les r sistances a et b La r sistance r glable R est constitu e de quatre bo tes d
92. ion Le mod le empirique de Rankine est il excellent approch ou faut il le rejeter Connaissez vous d autres mod les exp rimentaux 3 4 Formule de Clapeyron amp Pour chacun des points tudi s calculer la chaleur de vaporisation L partir de la relation de Clapeyron en assimilant la vapeur un gaz parfait L T r y v v 1 IT o y estle volume massique de la vapeur o V est le volume massique du liquide Si l on fait l approximation que v gt gt v la relation de Clapeyron s crit alors d L T Vs Gp dT Notons de plus que l quation d tat des gaz parfaits rapport e l unit de masse s crit P Kohl ENCPB juin 2006 page 86 dition 2006 T P N 14 RT AE ion V Mo o M est la masse molaire du corps tudi en unit SI P amp Compl ter le tableau suivant amp Que peut on conclure des r sultats obtenus amp Que devient la formule de Clapeyron lorsqu on remplace dp dT par son expression issue du mod le de Rankine amp Ce r sultat confirme t il la conclusion donn e au paragraphe 3 8 d amp La Table de la vapeur d eau donn e en annexe permet d viter les approximations Comparer vos r sultats ceux de la table pour le volume massique de la vapeur d une part et pour la chaleur latente de vaporisation d autre part amp La vapeur d eau peut elle tre raisonnablement assimil e un gaz parfait P Kohl ENCPB ju
93. iser le mat riel n cessaire l acquisition de donn es par ordinateur savoir e L interface Orphy GTI e Le logiciel d acquisition Win GTI qui g re l interface et stocke les donn es brutes e Le logiciel de traitement des donn es Regressi Windows 1 Principe En d pla ant le piston on fait varier le volume de l air enferm dans le corps d une seringue reli e un capteur de pression Le volume est lu sur le corps de la seringue et est saisi au clavier par l exp rimentateur La pression est mesur e par le capteur qui d livre une tension lectrique proportionnelle la pression Il est donc possible d acqu rir des couples de donn es p V 2 Mat riel Une seringue de 60 mL utiles Un module capteur de pression de la soci t Micr lec Les caract ristiques du capteur sont les suivantes Connexion tablir sur la voie EA2 prise F sur le c t gauche de l interface talonnage 0 lt p lt 250000 Pa 0 lt U lt 5V 3 Pr paration de l acquisition amp Connecter la sonde de pression sur la prise F voie EA2 calibre 0 5V Allumer l interface le bouton Marche Arr t est sur la face arri re du bo tier amp Lancer le logiciel d acquisition de donn es Win GTI ic ne sur le Bureau On veut acqu rir le volume en abscisse et la pression en ordonn e coordonn es de Clapeyron Param trage du volume Dans la fen tre Mode choisir Mode de fonctionnement Entr e Clavi
94. l incertitude type combin e de la s rie de mesures L valuation de l incertitude largie au niveau de confiance sp cifi en Uy X tu x Le r sultat de la s rie de mesures s exprime alors sous la forme xX XxX u x 2 TABLE DES COEFFICIENTS t DE STUDENT n est le nombre de mesures oo 63 7 9 93 5 84 4 60 4 03 3 71 3 50 3 36 3 25 100 n 12 14 16 18 20 30 50 oo a RU n n P Kohl ENCPB juin 2006 page 130 Documents et annexes dition 2006 Notes personnelles P Kohl ENCPB juin 2006 page 181
95. lume suffisamment petites pour que tout le fluide soit liquide Pr caution importante Quand le fluide est l tat liquide surveiller attentivement le manom tre Le liquide tant quasiment incompressible une faible diminution de volume provoque une forte augmentation de pression NE PAS DEPASSER 45 BAR S CURIT Apr s chaque manipulation pensez ramener le gaz sa pression minimale mercure au bas de l prouvette 2 3 Observations au cours de l exp rience amp Observer l aspect du m nisque de l interface SF liquide SF vapeur amp Rep rer le volume de vaporisation Vy lorsque la premi re goutte de liquide appara t amp Rep rer le volume de liqu faction V lorsque la derni re bulle de vapeur dispara t Vous r sumerez ces situations en dressant un tableau pour l ensemble des observations 0 C Sa Vu amp Pendant la phase de retour la pression minimale on en profitera pour observer le ph nom ne de vaporisation du liquide 2 4 Utilisation de l ordinateur pour le traitement des donn es Le relev des couples p V pourra se faire l aide du logiciel R gressi Windows Chaque isotherme donne lieu au remplissage d une Nouvelle Page agr ment e d un Commentaire sur la temp rature de travail Pour visualiser l ensemble des courbes utiliser l option du logiciel On obtient ainsi un r seau d isothermes que l on exploite 3 EXPLOITATION DES R SULTATS 3 1 Trac de la c
96. mol gt Soit pour l acide ac tique Asacooa 357x10 S m mol C est cette valeur que l on adoptera pour les calculs d tude du coefficient de dissociation amp Pour chaque valeur de la concentration C calculer le coefficient de dissociation a de l acide ac tique en utilisant la relation Y CSA Dresser un tableau des r sultats Tracer la courbe a f C et la courbe a z courbes 5 et 6 VC amp Les formes obtenues sont elles celles que la loi de dilution d Ostwald laissait pr voir amp Donner l quation de la courbe 6 A quoi correspond la relation obtenue amp Aux concentrations habituellement utilis es 0 05 1 mol L la dissociation de l acide ac tique est elle importante e Calcul de la constante d acidit 2 En utilisant la relation K Su a et la d finition pK log K l a Compl ter le tableau suivant N B Pour les calculs de constantes d quilibre il faut utiliser la concentration en mol L amp Que peut on dire des valeurs obtenues amp Exprimer le r sultat final avec le nombre correct de chiffres significatifs compte tenu de la pr cision des mesures effectu es Ce r sultat justifie t il le mode de d termination du coefficient de dissociation de l lectrolyte faible tudi P Kohl ENCPB juin 2006 page 32 TP N 7 tude de sondes r sistives de temp rature P Kohl ENCPB juin 2006 page 33
97. n de temp rature 6 0 t 1l 8 0 a 7 La lin arit attendue est elle v rifi e valuer l cart ventuel en pourcentage V rifier si amp En faisant appara tre le coefficient a dans l quation calorim trique montrer que l on aurait pu se contenter de d terminer a et viter de mesurer le temps de chauffage t 4 3 Conclusion amp Quel est le facteur exp rimental qui limite la pr cision obtenue pour cette mesure voir partie I amp Exprimer le r sultat final de votre mesure P Kohl ENCPB juin 2006 page 61 T P N 11 MANIPULATION N 4 CAPACIT THERMIQUE MASSIQUE D UN LIQUIDE PAR LA METHODE ELECTRIQUE 1 PRINCIPE En rempla ant l eau par le liquide tudi huile de table de capacit thermique massique c crire l quation calorim trique 2 MONTAGE amp Effectuer le m me montage que dans la manipulation pr c dente 3 MODE OP RATOIRE Proc der comme dans le cas de l eau en la rempla ant par 450 g d huile froide amp Travailler avec le m me thermoplongeur que pour la manipulation 3 4 EXPLOITATION DES R SULTATS amp Effectuer le m me travail que pr c demment en arr tant le chauffage 30 C amp Comparer les pentes obtenues pour les deux exp riences amp Quelle diff rence remarque t on entre les courbes obtenues avec l eau dans la manipulation 3 et avec l huile Pourquoi cette diff rence amp Envisager des cons quences pratique
98. nce R du volume de solution compris entre les lectrodes Si les caract ristiques de la cellule et S ou mieux leur rapport k sont connues on en d duira alors la r sistivit de la solution En fait en chimie on pr f re souvent parler de la conductivit y qu il est facile de calculer partir de la r sistivit 1 y P Cette conductivit y tant li e la composition de la solution on peut envisager diff rentes applications m thodes d tude du comportement des lectrolytes dosages conductim triques d termination de diff rentes constantes d quilibres ioniques Ka Ks tude de la cin tique de certaines r actions A priori on pourrait penser que la mesure d une r sistance de solution lectrolyte peut se faire par n importe laquelle des m thodes pr c demment tudi es P Kohl ENCPB juin 2006 page 23 T P N 5 En fait il faut se placer imp rativement dans des conditions qui emp chent tout risque d lectrolyse ce qui modiferait la nature de la solution et qui ferait perdre toute signification la mesure Pour ces mesures particuli res de r sistances on utilise deux types de conductim tres les uns les plus r pandus sont en fait des ohmm tres con us de fa on ce que la courant parcourant le volume de solution soit parfaitement n gligeable Ils portent g n ralement des chelles gradu es en ohms et des chelles gradu es en siemens donnant dire
99. nce s observ e s amp Une sonde platine 50 Q serait plus conomique que la sonde Pt 100 Quel inconv nient pr senterait elle amp partir de la table de correspondance fournie page suivante dans quelle mesure pouvez vous affirmer que vos relev s ont t corrects Y a t il eu une erreur syst matique Si oui comment la corriger amp Comparer les r sultats fournis par les m taux et la C T N o allure de la relation R f T a sensibilit TABLES DE CORRESPONDANCE SONDE PLATINE PT 100 R sistance en fonction de la temp rature de 0 C 149 C t C 0 l 2 3 4 5 6 8 9 C 0 100 00 100 39 100 78 101 17 101 56 101 95 102 34 102 73 103 12 103 51 0 10 103 90 104 29 104 68 105 07 105 46 105 85 106 24 106 63 107 02 107 40 10 20 107 79 108 18 108 57 108 96 109 35 109 73 110 12 110 51 110 90 111 28 20 30 111 67 112 06 112 45 112 83 113 22 113 61 113 99 114 38 114 77 115 15 30 40 115 54 115 93 116 31 116 70 117 08 117 47 117 85 118 24 118 62 119 01 40 50 119 40 119 78 120 16 120 55 120 93 121 32 121 70 122 09 122 47 122 86 50 60 123 24 123 62 124 01 124 39 124 77 125 16 125 54 125 92 126 31 126 69 60 70 127 07 127 45 127 84 128 22 128 60 128 98 129 37 129 75 130 13 130 51 70 80 130 89
100. nfin apr s avoir rappel son expression litt rale calculer le coefficient y y amp Combien de chiffres significatifs peut on attribuer ce r sultat Justifier y Remarque C est avec profit que l on peut ici utiliser un tableur P Kohl ENCPB juin 2006 page 116 TP N 19 Mesures de tensions superficielles P Kohl ENCPB juin 2006 page 117 T P N 19 MESURES DE TENSIONS SUPERFICIELLES 1 Utilisation d une balance de tension superficielle m thode d arrachement 1 1 Principe Sch ma de principe de l appareil A O A 0 mg 1000 mg Une cha ne est assujettie en B au fl au de la balance et en M un curseur mobile le long d une r glette la limite de l arrachement de la lame en contact avec la surface du liquide on compense la force F de tension superficielle en descendant le curseur le long de la r gle Cela permet d appliquer en B un poids convenable de cha ne La balance ayant t talonn e par le constructeur la r glette est directement gradu e en milligrammes Si l on appelle m la masse lue l quilibre qui pr c de juste l arrachement on peut poser F mg et F yL o L est la longueur totale de la lame On en d duit T7 g 9 81N kg On dispose de deux lames diff rentes o une lame rectangulaire o un contour cylindrique 1 2 Technique de mesure amp Mesurer au pied coulisse les cotes de la lame rect
101. nium amp Introduire 400 g d eau froide dans le calorim tre de capacit thermique C d termin e amp Mettre en place la sonde de temp rature et son circuit lectrique d acquisition Peser sur une balance au d cigramme une masse m de solide ionique de l ordre de 40 g 2 2 Acquisition des donn es amp Pr voir une acquisition de 6 minutes amp S assurer de la stabilit relative de la temp rature amp Commencer l acquisition 7 Introduira le sel au bout de deux minutes environ amp la fin de l acquisition penser sauvegarder votre travail 3 EXPLOITATION DES R SULTATS 3 1 Graphe amp Tracer la courbe de la temp rature en fonction du temps 3 2 Calculs P Kohl ENCPB juin 2006 page 67 T P N 11 amp partir de l quation calorim trique calculer la quantit de chaleur AH amp En d duire l enthalpie molaire de dissolution du chlorure d ammonium dans l eau Si l on note M la masse molaire du solide ionique tudi l enthalpie molaire de m i f A H dissolution du sel sera donn e par A H avec n et n sel Mic 53 5 g mol 1 amp Appr cier la pr cision sur cette mesure 3 3 Conclusion amp Que peut on dire de la dissolution du chlorure d ammonium dans l eau amp Exprimer le r sultat final de votre mesure P Kohl ENCPB juin 2006 page 68 dition 2006 T P N 11 MANIPULATION N 8 ENTHALPIE DE R AC
102. olutions sans oublier la solution m re 7 Appr cier l incertitude de chaque mesure 2 3 Tableau des r sultats Colm an LT 7 Es A y C S m mol VC mol mA 2 4 Exploitation des r sultats a Conductivit des solutions amp Calculer le rapport des conductivit s de l lectrolyte fort et de l lectrolyte faible Pr senter les r sultats sous forme d un tableau Comment ce rapport volue t il amp A concentrations C gales comparer les valeurs de la conductivit y pour les solutions d acide ac tique et celles de bromate de potassium b Comportement de l lectrolyte faible amp Tracer les courbes A f C et A ANCE courbes 3 et 4 Les comparer celles que l on a obtenues pour l lectrolyte fort amp La d termination de la conductivit molaire limite semble t elle possible avec une pr cision acceptable comme elle l tait dans le cas pr c dent c Calcul de la conductivit molaire limite Si la loi de dilution d Ostwald est v rifi e l lectrolyte faible tend se dissocier compl tement dilution infinie donc se comporter comme un lectrolyte fort Par ailleurs l additivit des conductivit s permet d crire cascoog z Aie AN er Les mesures par extrapolation pour ces diff rents lectrolytes forts donnent 18 C P Kohl ENCPB juin 2006 page 81 T P N 5 Afoter 379x10 Sm mol Aeon coo 87x10 Sm mol AS 109 x10 S m
103. onne des courbes de forme analogue amp Quel est l int r t des courbes de ce type amp Comparer les r sultats obtenus ceux que donnait la mesure des enthalpies de r action par la m thode des m langes P Kohl ENCPB juin 2006 page 75 T P N 11 P Kohl ENCPB juin 2006 page 76 TP N 12 tude des isothermes d un corps pur l hexafluorure de soufre P Kohl ENCPB juin 2006 page 77 T P N 12 TRAC DES ISOTHERMES D UN CORPS PUR Le but de la manipulation est de tracer dans un diagramme de Clapeyron pression en fonction du volume un r seau d isothermes d un corps pur de masse constante m C est l occasion de constater la diff rence de comportement d un corps pur suivant que la temp rature soit inf rieure ou sup rieure la temp rature critique T Le fluide tudi est de l hexafluorure de soufre SF Il est choisi en raison de ses param tres critiques faciles atteindre o temp rature critique 0 45 5 C o pression critique P 31 5 bar 1 MONTAGE 1 1 Compression du fluide L appareil comprend une prouvette en verre pais et r sistant dans laquelle on comprime le fluide tudier Elle est fix e dans sa partie inf rieure une chambre de pression en acier inoxydable contenant du mercure On comprime le gaz en jouant sur la rotation d un volant qui par l interm diaire d un piston agit sur le mercure qui transmet la compr
104. onnelles page 126 Tous mes remerciements Madame Locquin pour la relecture attentive qu elle a apport e cette dition P Kohl ENCPB juin 2006 page 2 dition 2006 T P N 1 P Kohl ENCPB juin 2006 page 3 TP N 1 MESURES DE LONGUEURS ET DE MASSES P Kohl ENCPB juin 2006 dition 2006 T P N 1 Le but de cette premi re s ance de travaux pratiques est triple s entra ner utiliser des instruments de mesures usuels tels que des pieds coulisse des palmers et des balances de laboratoire amp rechercher si la pr cision d une mesure est limit e par la r solution de l instrument de mesure ou par des d fauts de fid lit amp tudier la r percussion des incertitudes l aide de quelques applications 1 Mesures de longueurs 1 1 chantillon tudier amp Choisissez un pav droit ou parall l pip de rectangle amp Notez la nature de son mat riau aluminium fer ou laiton Remarque Vous prendrez soin de garder ce solide sur un coin de votre poste de travail car il sera utilis pour des mesures ult rieures m me la s ance suivante 1 2 Mesures effectuer a Instruments On utilise ici des pieds coulisse au 1 10 de mm 1 20 de mm 1 50 de mm et un palmer au 1 100 de mm b Mesures Pour que les r sultats pr sentent de l int r t les mesures doivent tre r alis es dans des conditions approch es Il ne faut donc p
105. ourbe de saturation amp Imprimer le r seau complet des isothermes en format paysage par exemple amp Tracer la courbe de ros e trac manuel Il s agit de relier entre eux les points correspondants l apparition de la premi re goutte de liquide lorsqu on comprime le gaz qui devient alors une vapeur satur e amp Tracer la courbe d bullition Il s agit de relier entre eux les points correspondants la disparition de la derni re bulle de vapeur lorsqu on comprime le fluide amp La courbe de saturation est constitu e des deux parties pr c dentes reli es au point critique La courbe de ros e a La courbe d bullition amp Placer le point critique et relever ses coordonn es S Pc Ve P Kohl ENCPB juin 2006 page 79 T P N 12 Questions s Les variables d tat pe et 0 peuvent elles tre consid r es comme des caract ristiques du point critique du fluide tudi Pourquoi amp En est il de m me pour la variable d tat V Pourquoi 7 Le volume massique ve rapport du volume sur la masse serait il une caract ristique du point critique 3 2 tude des isothermes O Faire un compte rendu des ph nom nes observ s pendant les mesures Quelle est l allure des isothermes quoi correspond chacune des parties de chaque courbe quand il y en a plusieurs On travaille d sormais sur les parties des isothermes correspondant l tat de v
106. ous allez superposer les deux isothermes th oriques Cr er les nouvelles Grandeurs Calcul es pi nRTi V isotherme th orique la temp rature T en K p2 nRT V isotherme th orique la temp rature Tz NB la quantit de mati re ni et la constante des gaz parfaits R peuvent tre consid r e comme des param tres exp rimentaux de m me valeur pour chaque page Il convient donc de cr er ces param tres pour manipuler des expressions litt rales amp Imprimer ce graphe et rejoindre les isothermes pour figurer les isochores c est le cycle th orique Que constatez vous amp Pourquoi 3 3 Le cycle th orique amp En prenant les valeurs exp rimentales de volume et de temp rature d terminer au cours de chaque tape les quantit s de chaleur Q et les travaux W chang s par le gaz suppos parfait avec le milieu ext rieur C m 5R 2 En d duire le rendement th orique de ce cycle n Wisa Q chang e avec la source chaude 3 4 D termination du travail effectu au cours du cycle r el amp Cr er la nouvelle Grandeur Int grale W unit J W repr sente le travail effectu par le moteur pendant le temps de l acquisition W fpav amp Visualiser W f 8 amp partir de ces graphes valuer le travail W effectu par le moteur au cours d un cycle amp Quelle a t votre fa on de proc der amp D terminer graphiquement la dur e d un cycle amp V
107. ponse peut tre d termin graphiquement ou partir de la relation A 8 e Y soit f 2 8 2 loge t 100 r E ge Remarque la constante de temps rest en fait gale fr 63 4 2 tude th orique de la chute Pour une grandeur d entr e e d fini par e e pour t lt 0 et e 0 pour t gt 0 l quation diff rentielle du syst me s crit a Bs 0 mo z o Sa solution est S se o So 5 valeur de s en r gime permanent A x t B constante de temps du syst me t est la dur e au bout de laquelle s s e 0 31s P Kohl ENCPB juin 2006 page 128 Documents et annexes DOCUMENT dition 2006 PROPRIETES DE L EAU A DIFF RENTES TEMP RATURES 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 999 87 0 999 73 0 999 13 0 998 23 0 997 07 0 995 68 0 994 06 0 992 25 0 990 24 0 988 07 0 985 72 0 983 23 0 980 58 0 977 79 0 97182 0 96535 0 95840 4 2176 4 1921 4 1818 4 1784 4 1785 4 1806 4 1843 4 1895 4 1963 4 205 4 2159 0 CC p g cm cp J g K Psa kPa 0 6113 1 2281 2 3388 4 2455 7 3814 12 344 19 932 31 176 47 313 10 117 101 325 P Kohl ENCPB juin 2006 page 129 Documents et annexes ANNEXE 1 1 UTILISATION DE LA M THODE DE STUDENT Soient n le nombre de mesures effectu es x la moyenne des r sultats des mesures u x
108. progressivement la solution basique par fractions gales et on rel ve la temp rature 0 apr s chaque addition jusqu ce que la temp rature soit parfaitement stable Si 0 repr sente la temp rature initiale chaque cart de temp rature 0 6 est proportionnel la quantit de chaleur d gag e par la r action de la base sur l acide donc l enthalpie de la r action Donn es exp rimentales relever pendant l exp rience capacit thermique du calorim tre pyrex C u C capacit thermique massique de la 2 en C u c solution pr sente dans le calorim tre masse de la solution d acide et d eau re ne Ma u ma initialement pr sente dans le calorim tre temp rature initiale stabilis e 0a u 0 masse de solution de soude vers e ME u m temp rature atteinte et stabilis e m E lors l 1 O u Os E que l on a vers mp crire l quation bilan de la r action crire l quation calorim trique en admettant que la transformation est adiabatique amp En d duire l expression litt rale de l enthalpie de la r action AH 1 En tant que m thode de dosage la m thode calorim trique est rarement pratiqu e En effet les m thodes pH m triques et conductim triques permettent plus facilement d effectuer des titrages Cependant la m thode calorim trique pr sente l int r t de permettre non seulement la mise en
109. pteur du vibreur S pour alimenter le montage L oreille est un bon d tecteur mais elle se fatigue vite Vous obtiendrez de meilleurs r sultats en manipulant rapidement et en coupant l alimentation de la source sonore ce qui vitera galement une usure de la pile qui l alimente amp Diminuer progressivement la valeur de R en agissant d abord sur la bo te de valeur la plus forte Le son mis par les couteurs doit diminuer Quand il augmente de nouveau reculer d un cran la valeur de la bo te et passer la bo te de rang inf rieur On cherchera ainsi obtenir de proche en proche le minimum d intensit sonore dans les couteurs Quand ce minimum est atteint nous obtenons P Kohl ENCPB juin 2006 page 25 T P N 5 X R avec SR b amp Si la lecture de R ne donne qu un ou deux chiffres affiner le r sultat en recommen ant la mesure en prenant un rapport K plus faible 0 1 ou 0 01 7 Appr cier l incertitude due la sensibilit du syst me de mesure us X c Exploitation de la mesure au calcul de la constante de cellule Calculer la constante k de la cellule sr encm oum s G amp Rappeler l incertitude de sensibilit us X amp Noter aussi la pr cision garantie par le constructeur sur les bo tes et en d duire l incertitude de justesse uj X amp Combiner ces deux incertitudes pour obtenir l incertitude sur X amp Conclure en donnant la valeur de X retenir
110. r h h h h e L efficacit r elle de la pompe tudi e voir 4 n P Kohl ENCPB juin 2006 page 101 T P N 14 AAA he nxe v RS PE S A E PR S E E IE S S a TE e LT E a a ar EF P EAL ELAT N AAA EE E D O AL AE E E E T E EAU A EMA D Es sh JA T RAF AZ TA er LIT LT RSR ANEIIRIRIE RER BA AONANE ITS SLT T1 St lt Ba e ELA ANA MPEG CAD RE SEE ALES a a o N Tm ETS name ASSURE Mist Mini Lo N LUME 11 11 b OILTE ETAL Ni DA 1 DA ALA o 1 LS A ALCNS TAE V RS Mi AUTRE TV AT ON B DO AAN CE x H LIL AL 5 Si I s ca Be a page 102 P Kohl ENCPB juin 2006 dition 2006 T P N 14 P Kohl ENCPB juin 2006 page 103 TP N 16 tude du moteur de Stirling 8 Ce travail est le fruit d un travail collectif Tous mes remerciements Madame Baillet pour m avoir fourni une grande part des pages qui suivent P Kohl ENCPB juin 2006 page 104 dition 2006 T P N 16 MOTEUR DE STIRLING Ce moteur a t invent en 1816 et a fonctionn pour la premi re fois en 1818 Son avantage r side dans sa structure ferm e et son fonctionnement combustion externe o tous les combustibles peuvent tre utilis s Dans ce moteur le piston de travail comprime l air et le piston de d placement pe
111. r cipient contenant de l eau distill e o la cellule sera plong e lorsqu on ne l utilise pas e Ne jamais toucher les lectrodes pour nettoyer la cellule un simple rin age avec un jet de pissette suffit suivi d un essuyage ext rieur e Lorsque dans les calculs la constante k de la cellule intervient il est prudent de la mesurer plut t que de se fier l indication grav e par le constructeur En effet une utilisation maladroite de la cellule a pu modifier ses caract ristiques g om triques et par cons quent la valeur de k La valeur indiqu e par le constructeur est g n ralement exprim e avec le centim tre pour unit de longueur et peut constituer un ordre de grandeur prendre en compte 3 Conductivit de la solution talon en fonction de la temp rature amp Placez dans un petit Becher un peu de solution de chlorure de potassium K CT la concentration c 0 02 mol dm amp Relevez la temp rature de la solution et l incertitude associ e amp Vous chercherez dans le tableau ci dessous la conductivit y de la solution talon au besoin interpoler lin airement entre deux valeurs amp L incertitude sur la temp rature induit une incertitude sur la conductivit calculez l P Kohl ENCPB juin 2006 page 24 dition 2006 TP N 5 4 Mesures de la constante k d une cellule conductim trique Ce TP se propose de comparer deux m thodes exp rimentales pour mesurer la val
112. r le chronom tre en m me temps Surveiller la temp rature affich e l cran et la position du point repr sentatif de la mesure 0 ne doit jamais atteindre 50 C le point ne doit jamais monter jusqu en haut de l cran Si par m garde on atteignait cette temp rature l acquisition perdrait toute sa signification la sonde ne r pondant que jusqu 50 C amp Lorsque la temp rature atteint 40 45 C o d brancher l alimentation du thermoplongeur et arr ter le chronom tre en m me temps o noter la dur e t qu il indique c est la dur e du chauffage C est donc le temps pendant lequel la puissance P a t fournie au syst me a laisser se poursuivre l acquisition encore environ deux minutes amp Quand l acquisition est termin e enregistrer vos donn es 4 EXPLOITATION DES R SULTATS 4 1 Graphe amp Tracer la courbe de la temp rature en fonction du temps amp Montrer que l on peut y distinguer trois tapes et les commenter amp Chercher la droite de r gression pour la portion de courbe qui correspond au chauffage de l eau par le thermoplongeur sous tension za variation de temp rature d Soit a son coefficient directeur ou pente dur e de chauffage dt 4 2 Calculs amp partir de l quation calorim trique calculer la capacit thermique du vase calorim trique L quation calorim trique laisse pr voir une relation lin aire entre le temps de chauffage t et la variatio
113. r l acquisition amp S assurer que la temp rature initiale affich e l cran est stable amp Au bout de 1 2 minutes introduire rapidement le solide dans le calorim tre amp Quand l acquisition est termin e enregistrer votre le travail P Kohl ENCPB juin 2006 page 58 dition 2006 T P N 11 3 EXPLOITATION DES RESULTATS 3 1 Graphe s Tracer la courbe de la temp rature en fonction du temps Relever les valeurs de la temp rature initiale 0 et de la temp rature finale 06 3 2 Calculs amp A partir de l quation calorim trique calculer num riquement la capacit thermique massique c du solide tudi 3 3 Conclusion amp Appr cier la pr cision de la mesure en vous inspirant du travail effectu pour la manipulation 1 Rechercher dans des tables Handbook base de donn es internet la valeur attendue amp Comparer cette valeur avec votre r sultat exp rimental amp Exprimer le r sultat final de votre mesure P Kohl ENCPB juin 2006 page 59 T P N 11 MANIPULATION N 3 CAPACIT THERMIQUE D UN VASE CALORIM TRIQUE PAR LA METHODE ELECTRIQUE 1 PRINCIPE Donn es exp rimentales relever pendant l exp rience 3 1 g capacit thermique massique de l eau Ceau 4 186 10 J gg K masse d eau initialement pr sente dans L 2 Ma u ma y le calorim tre temp rature initiale stabilis e 0a u a t rat finale s
114. rim de la salle et permettant d augmenter la pression La soupape tant ferm e on comprime l g rement l air de la bouteille en ouvrant doucement le robinet d air comprim on rel ve alors une d nivellation H la temp rature ambiante On soul ve la soupape pendant une faible dur e et on la repositionne On constate que la d nivellation s annule d abord car une partie du gaz s chappe mais on admet que la partie qui reste dans la bouteille subit une d tente Au bout de quelques minutes la d nivellation prend une nouvelle valeur h 3 Mode op ratoire d taill et tude qualitative A l tat initial l air contenu dans la bouteille occupe un volume V la pression atmosph rique pa et la temp rature ambiante Ta 3 1 Premi re transformation gt Introduire le plus lentement possible de l air comprim dans la bouteille jusqu obtenir une surpression P p x g x H correspondant environ 15 19 cm d eau Veiller ce que la pression reste stable fuite ventuelle au niveau de la soupape Dans le cas contraire appuyer sur la soupape de fa on la repositionner correctement la fuite doit cesser P Kohl ENCPB juin 2006 page 110 dition 2006 T P N 17 Relever la d nivellation totale H Questions en cours de route Q1 Quelle est alors la pression dans la bouteille RI Q2 L air initialement contenu dans la bouteille occupe d sormais un volume V
115. rmer que l eau permut e du laboratoire est pure amp Calculer la concentration h et en d duire le pH P Kohl ENCPB juin 2006 page 27 T P N 5 Conclure sur la validit de ce mod le b Mod le de l eau carbonat e En fait l eau permut e du laboratoire n a pas t pr par e ni conserv e l abri de l air Il s tablit un quilibre avec le dioxyde de carbone pr sent dans l air CO CO 2 g 2 am et dans l eau CO ap H O H O HCO Ka 10 dans cette solution satur e en dioxyde de carbone on a donc H 0 HCO h et la conductivit doit tre de la forme y 10 xh A o tA p avec 44 5x10 S m mol HCO H 0 amp A partir de la valeur mesur e de la conductivit calculez h en utilisant la relation ci dessus En d duire le pH de l eau permut e du laboratoire amp Utiliser les donn es ci dessus pour calculer la concentration de dioxyde de carbone dissous dans l eau amp Conclure sur la validit de ce mod le Vous veillerez exprimer convenablement les diff rents r sultats 5 3 Exemple d application industrielle Une installation de d min ralisation d eau destin e la production d eau pure peut tre enti rement automatis e Une sonde conductim trique surveille la conductivit de l eau la sortie des colonnes L eau pure tr s pauvre en ions est tr s peu conductrice D s que la conductivit atteint un certain seuil haut c e
116. rmet de d placer le gaz l int rieur du cylindre Piston de d placement en verre Piston de travail R chaud alcool Source de chaleur Le but de la manipulation est de d terminer le rendement de ce moteur 1 Description du cycle Le cycle se d compose en 4 tapes I D tente isotherme la temp rature T pl Vi Ti gt P2 V2 Ti L air se dilate sous l effet de la chaleur re ue par la source chaude et repousse le piston de travail vers la haut alors que le piston de d placement reste immobile II Refroidissement isochore au volume V3 pa V2 T1 P3 V2 T2 Le piston de d placement chasse lair de la zone situ e au dessus de la flamme L air se refroidit de mani re isochore II Compression isotherme la temp rature T2 pa V2 T2 gt pa V1 T2 L air est comprim par le piston de travail de fa on x isotherme car le piston de d placement reste immobile IV chauffement isochore au volume V Pa Vi T2 gt P Vi Ti Le piston de d placement d place l air vers la zone situ e au dessus de la source de chaleur alors que le piston de travail reste immobile 2 tude pratique P Kohl ENCPB juin 2006 page 105 T P N 16 Pr paration de l acquisition des donn es a La source de chaleur est un r chaud alcool Pouvoir calorifique de l alcool K 25 k g La quantit d alcool br l au cours de l exp rience
117. rs de la d tente amp Lire sur le diagramme la temp rature 05 laquelle se d roule la vaporisation amp Comparer 0 5 et Os Point 6 Placer le point 6 auquel la vaporisation de termine sous la pression pr et noter la temp rature 06 correspondante Tracer le cycle 7 Dresser un tableau r capitulatif des mesures et des relev s sur le diagramme Temp rature de la source chaude Oc Temp rature de la source froide OF Point 1 Point 2 Point 3 Point 4 Point 5 Point 6 Temp rature E mesur es 02 0 ds d6 Temp rature s lues sur le 02 0 3 05 diagramme Pression PE pc PE PE Enthalpies h he ha hs massiques Titre X 5 5 Observations partir le cycle amp Comparer respectivement les temp ratures des points de ros e lues sur les manom tres avec les temp ratures Oc et Or Conclusion amp Comparer 0 avec OF et 0 avec Oc Qu observe t on amp A quels moments les conversions d nergies les plus importantes ont elles lieu 5 6 tude de l efficacit Pour les valeurs relev es calculer amp L efficacit maximale d une pompe chaleur r versible fonctionnant entre deux sources aux temp ratures 0c et br des deux r servoirs d eau amp L efficacit d une pompe chaleur qui convertit en chaleur toute l nergie apport e par le compresseur l change thermique avec la source chaude est parfait est donn pa
118. rs fois chaque mesure au moins 5 fois et donc d effectuer un traitement statistique des r sultats amp Pour l tude de l eau distill e du laboratoire utiliser successivement les deux types de lames mais on se contentera d une seule lame pour les autres mesures valuer les incertitudes u m sur la masse m afin d exprimer le r sultat avec un nombre de chiffres significatifs convenable amp Veiller ce que ce ne soit pas les mesures sur L qui limitent la pr cision sur la d termination des tensions superficielles Rassembler les r sultats dans un tableau Eau pure lame cylindre Eau de vie 0 Eau poussi re Eau d tergent C Ao tone ac amp Interpr ter les r sultats P Kohl ENCPB juin 2006 page 119 TP N 20 tude d un tensioactif P Kohl ENCPB juin 2006 page 120 dition 2006 T P N 20 TUDE D UN TENSIOACTIF UTILISATION DU TENSIOMETRE LAUDA TD 1 1 G n ralit s sur l appareil utilis Le tensiom tre est constitu de deux unit s e un sous ensemble m canique e un sous ensemble lectronique Il permet de mesurer des tensions superficielles interfaciales mais aussi des densit s et de faibles masses Nous nous contenterons de l utiliser comme tensiom tre Dans le cas des mesures de tensions superficielles il y a la possibilit d utiliser trois corps de mesures diff rents L
119. s a tain Sn 231 C u Plomb Pb 327 C Les solides sont pr par s dans des creusets r fractaires Un tube h molyse prot gera la soudure chaude contre les souillures par le corps en fusion La surface est souvent recouverte par une couche d oxyde form e au contact de l air pendant des chauffages successifs pr c dents Insolubles dans le corps pur tr s peu fusibles et moins denses que le corps pur ces oxydes ne g nent pas la mesure P Kohl ENCPB juin 2006 page 38 dition 2006 T P N 8 ATTENTION Les br lures par les m taux liquides sont particuli rement graves Manipuler les creusets avec pr cautions e pinces m talliques e s assurer de la stabilit du creuset dans le bec lectrique avant de commencer chauffer Ne jamais poser un creuset chaud sur une paillasse mais le remettre dans le support Pr venir ventuellement les autres utilisateurs que le creuset est chaud amp Introduire le creuset dans le bec lectrique Hoffmann amp Chauffer et porter l tat liquide Ne pas surchauffer exag r ment amp Placer la soudure chaude dans le tube h molyse d s le d but du chauffage ainsi elle sera en quilibre thermique avec le m tal amp Arr ter le chauffage et laisser refroidir le liquide un rythme aussi lent et r gulier que possible viter les courants d air et ne pas agiter mais maintenir la soudure de telle sorte qu elle soit vraiment en quil
120. s l eau et l huile sont ils des fluides caloporteurs de qualit quivalente amp Exprimer le r sultat final de votre mesure P Kohl ENCPB juin 2006 page 62 dition 2006 T P N 11 MANIPULATION N 5 CHALEUR LATENTE DE FUSION DE LA GLACE PAR LA METHODE DES MELANGES 1 PRINCIPE Donn es exp rimentales relever pendant l exp rience capacit thermique du calorim tre C u C 3 1 g capacit thermique massique de l eau Ceau i 18610 PER masse d eau initialement pr sente dans pan u ma le calorim tre temp rature initiale stabilis e 0a u 0 masse de glace introduite dans le pope u M calorim tre 0 C S temp rature finale stabilis e du z L syst me et u 0 dur e du chauffage t u t amp En admettant que le dispositif est adiabatique on crira l quation calorim trique amp En d duire l expression litt rale de la chaleur latente de fusion de la glace Lis 2 MODE OP RATOIRE 2 1 Pr paration de la mesure amp Dans le calorim tre de capacit thermique C d j mesur e introduire 400 g d eau temp rature d environ 15 C sup rieure la temp rature ambiante amp Peser le vase int rieur du calorim tre amp Mettre en place la sonde de temp rature et r aliser le circuit lectrique du capteur amp Dans un becher placer environ 130 g de gla ons avec un peu d eau amp Attendre que la t
121. s de 1 Q 10 Q 100 Q etc sans valeurs interm diaires BOITES TETE DE PONT OU BOITES DE RAPPORT Elles sont utilis es dans le montage de certains ponts de mesure L indication qu elles portent correspond au rapport des deux r sistances a et b d termin es entre les bornes M et B d une part et M d autre part CLES DE CONTACT e Levier l horizontal circuit coup l interrupteur est ouvert e Levier en position haute circuit ferm e Levier en position basse contact impulsion CONNEXIONS Elles peuvent tre r alis es l aide de barrettes m talliques qu il faut veiller bien serrer Il en existe de diff rentes tailles adapt es tous les types de montages P Kohl ENCPB juin 2006 page 17 TP N 4 Mesure de la variation d une r sistance l aide d un pont P Kohl ENCPB juin 2006 page 18 dition 2006 T P N 4 1 Le pont de Wheatstone d s quilibr 1 1 Int r t du pont de Wheatstone Un tel montage peut appara tre d mod quand on sait qu il existe aujourd hui d excellents multim tres num riques permettant la mesure de r sistances avec une bonne pr cision Cependant le pont de Wheatstone n est pas pr t de dispara tre d une part en mesure industrielle le rep rage des temp ratures est dans bien des cas pratiqu l aide de sondes de temp rature r sistance cf T P N 7 et la mesure est parfois faite au moyen d un montage en pont de Whe
122. s 1 2 4 et 5 il faut peut tre fixer des sondes thermom triques l aide de ruban adh sif de sorte que le contact thermique soit le meilleur possible amp Relever tant que faire se peut simultan ment o La pression pg c t vaporateur sur le manom tre 13 et sur le m me manom tre la temp rature du point de ros e correspondant du fr on 042 E o La pression pc c t condenseur sur la manom tre 14 et sur le m me manom tre la temp rature du point de ros e correspondant du fr on 0vc o La temp rature 0 l entr e du compresseur point 1 o La temp rature 0 la sortie du compresseur point 2 o La temp rature 0 l entr e du d tendeur point 4 o La temp rature 6 la sortie du d tendeur point 5 a La temp rature 0c de la source chaude a La temp rature 0r de la source froide Attention les manom tres indiquent des pressions relatives il faut donc ajouter 1 bar la lecture pour obtenir des pressions absolues 5 4 Trac du cycle sur le diagramme de Mollier et commentaires Sur le diagramme fourni Point 1 Placer le point 1 correspondant la pression pr et la temp rature 0 il se trouve l intersection de la droite horizontale pg constante et de la courbe isotherme d quation 0 constante s Lire en abscisse l enthalpie massique h du gaz ou utiliser la table fournie Point2 La compression tant suppos e isentropique adiabatique r versibl
123. s la temp rature critique 0 lt P Kohl ENCPB juin 2006 page 80 dition 2006 T P N 12 P Kohl ENCPB juin 2006 page 81 TP N 13 Pression de vapeur saturante trac et tude de la courbe de saturation P Kohl ENCPB juin 2006 page 82 dition 2006 T P N 14 PRESSION DE VAPEUR SATURANTE D UN LIQUIDE 1 PRINCIPE Il s agit de tracer la courbe de pression de vapeur saturante ou courbe d bullition d un liquide p f 0 o 0 d signe la temp rature Partant d une pression aussi faible que possible on r alisera une s rie d quilibres liquide vapeur des pressions croissantes Lorsque chaque quilibre sera bien tabli on rel vera le couple de valeurs pression temp rature correspondant L ensemble de ces couples sera acquis par l interm diaire de l interface ORPHY C T I on programmera une acquisition en XY avec la temp rature en abscisse et la pression en ordonn es 2 MANIPULATION 2 1 Dispositif exp rimental Rp He pas trop serrer Manorn tre Capteur de temp rature R Capteur de A pression P Kohl ENCPB juin 2006 page 83 T P N 13 2 2 Pr paration Introduire environ 150 cm de liquide dans le tricol en veillant ce que la sonde de temp rature soit environ un centim tre au dessus de la surface libre du liquide Ajouter quelques grains de ponce sulfurique Bien replacer le tricol graisse silicone
124. sensibilit s des deux sondes sn et Scu d finies par s 5 amp Ces sensibilit s d pendent elles de la temp rature A g 1 dr amp Calculer le coefficient de temp rature ar et ac des deux m taux a Ro ab 0 Ces coefficients de temp rature d pendent ils de la temp rature 4 2 Pour la C T N amp Apr s avoir cr er les grandeurs n cessaires dans le logiciel dresser le tableau Tracez In Rcr 1 7 amp Cherchez la droite de r gression et notez ses r sultats amp Quelle relation R f T peut on d duire amp Quelle est alors selon ce mod le l expression litt rale de la sensibilit d finie par ar do amp En utilisant le logiciel calculez la pour diff rentes temp ratures amp Commenter ce tableau amp En utilisant la relation Rer T que vous venez d tablir donner l expression litt rale du coefficient de temp rature acr d fini par l Rom Acn N Roy dg P Kohl ENCPB juin 2006 page 35 T P N 7 amp En utilisant le logiciel faites calculer ce coefficient de temp rature pour diff rentes temp ratures 7 Imprimer le tableau amp Commenter ce tableau 5 Analyses et conclusions amp Comparer les r sultats obtenus pour les deux m taux Cu et Pt o allure de la relation R f 0 a valeur du coefficient de temp rature o valeur de la sensibilit s s A quoi peut tre due la les diff re
125. sition de 15 minutes amp S assurer de la stabilit relative de la temp rature se Commencer l acquisition se Introduire progressivement le zinc au bout de 1 2 minutes 7 A la fin de l acquisition penser enregistrer votre travail 3 EXPLOITATION DES R SULTATS 3 1 Graphe amp Tracer la courbe de la temp rature en fonction du temps 3 2 Calculs amp A partir de l quation calorim trique calculer l enthalpie de la r action A H On pourra assimiler la capacit thermique de la solution celle de l eau CC avec Cau 4 186 k J kg K amp Calculer alors l enthalpie molaire de la r action AH AH n amp Quelle quantit de mati re n faut il utiliser 3 3 Conclusion amp Exprimer le r sultat final de votre mesure La valeur de H fournie par des tables est de 211 6 kJ mol amp Comparer la avec votre r sultat Qu observe t on amp Quelle peut en tre la cause exp rimentale P Kohl ENCPB juin 2006 page 72 dition 2006 T P N 11 MANIPULATION N 10 ENTHALPIES DE R ACTIONS ACIDE BASE DOSAGES CALORIMETRIQUES Dans ce TP on utilise une m thode calorim trique pour doser une solution d acide chlorhydrique et une solution d acide orthophosphorique par une solution d hydroxyde de sodium Vous traiterez donc les deux acides successivement 1 PRINCIPE Le calorim tre contient la prise d essai de solution acide additionn e d eau On verse
126. sous la forme X u X 4 2 Utilisation du conductim tre Tacussel CDM 210 Vous veillerez utiliser cet appareil conform ment la notice du constructeur Vous y rechercherez l incertitude de mesure a Mode d emploi de l appareil O Allumez l appareil bouton rouge sur la face arri re et attendre au moins trois secondes Appuyez sur MODE S lection de la grandeur conductivit ou r sistivit p en appuyant sur X ou sur gt Appuyez sur M S lection de la gamme AUTO en appuyant sur amp ou sur gt Appuyez de nouveau sur M S lection de l unit S m en appuyant sur ou sur gt Appuyez encore sur M S lection de AUTOREAD en appuyant sur ou sur gt Appuyer sur CELL la valeur d un pr c dent talonnage s affiche Appuyez de nouveau sur CELL Plonger la cellule dans la solution talon si ce n est d j fait Appuyez sur M A l aide des touches Xl et D ajuster la valeur de y C est celle indiqu e sur la premi re ligne de l afficheur Quand l indication STAB appara t lire la constante de cellule lt CTE CELLULE gt en cm1 Par la suite pour obtenir une mesure il suffit d appuyer sur SAMPLE et d attendre la stabilisation STAB b Valeur obtenue et comparaison des deux m thodes amp Suivez le mode d emploi ci dessus pour relever la valeur affich e par le conductim tre valuez son incertitude amp Comparez la celle trouv e avec le pont de Kohlrausch
127. st le signe que les r sines changeuses d ions ont perdu de leur efficacit et laissent passer des ions trangers l eau La comparaison entre la valeur du signal de mesure et le seuil adopt entra ne d s qu il y a galit la fermeture des vannes d alimentation en eau brute et la mise en route d un cycle de r g n ration des r sines C est encore la comparaison entre le signal de mesure et la valeur seuil qui entra nera l arr t des op rations de rin age des r sines d s que le signal se sera abaiss jusqu un niveau seuil bas La plupart des installations comportent deux unit s en parall le la seconde tant mise en service pendant le cycle de r g n ration de la premi re On assure ainsi une production en continu P Kohl ENCPB juin 2006 page 28 TP N 6 tude conductim trique de deux lectrolytes P Kohl ENCPB juin 2006 page 29 T P N 5 1 tude des propri t s d un lectrolyte fort On tudie une s rie de solutions de bromate de potassium K BrO3 1 1 Pr paration d une s rie de solutions A partir d une solution m re de concentration co 0 1 mol dm et du tableau ci dessous fiole cm 100 100 100 100 100 500 amp Pr parer des solutions de plus en plus dilu es La qualit des r sultats d pend avant tout du soin avec lequel ces dilutions sont effectu es amp Chaque fois pr lever la pipette le volume de solution m re indiqu
128. tabilis e du empera Hier stabilis e 0 u O yst me puissance du thermoplongeur r sistance lectrique utilis e pour le P u P chauffage dur e du chauffage t u t 7 En admettant que le syst me est adiabatique crire l quation calorim trique amp En d duire l expression litt rale de la capacit thermique du calorim tre 2 MONTAGE Vers la boucle de courant Fe Secteur 220 V Vase calorim trique Thermoplongeur i Calorim tre 3 MODE OP RATOIRE 3 1 Pr paration de la mesure Le calorim tre comporte un vase en aluminium Son couvercle est quip pour maintenir une r sistance lectrique de chauffage thermoplongeur de puissance nominale P x 350 W amp Mesurer au multim tre R et gr ce la notice calculer u R amp Mesurer au multim tre U et gr ce la notice calculer u U amp En d duire P et u P Introduire m 500 g d eau froide dans le calorim tre amp Mettre en place la sonde de temp rature et r aliser le circuit lectrique du capteur P Kohl ENCPB juin 2006 page 60 dition 2006 T P N 11 3 2 Acquisition de donn es L acquisition se fait en fonction du temps On programmera une dur e de huit minutes amp S assurer que la temp rature initiale affich e l cran est stable amp Commencer l acquisition amp Au bout de 1 2 minutes mettre la r sistance chauffante sous tension et d clenche
129. tion de la droite de r gression c est la formule de Rankine Commentez le r sultat et comparer au mod le de Duperay Calcul de la chaleur latente de vaporisation de l eau La formule de Clapeyron permet d tablir moyennant certaines approximations que T y dp vap z A RT O v repr sente le volume massique de la vapeur s che en m kg avec v Fr P o M est la masse molaire de l eau Calculer Lrap vers 110 C Comparer avec le r sultat donn dans les tables de la vapeur d eau page 82 L approximation de la vapeur comme gaz parfait est elle justifi e P Kohl ENCPB juin 2006 page 91 TP N 15 tude d une pompe chaleur P Kohl ENCPB juin 2006 page 92 dition 2006 T P N 14 TUDE D UNE POMPE A CHALEUR 1 FONCTIONNEMENT TH ORIQUE Une pompe chaleur est une machine thermique dans laquelle le fluide qui subit une transformation cyclique est du fr on R12 CF Cl 1 1 Sch ma de principe Evaporateur Vanne de d tente Condenseuwr C Compresseur Local chauffer 1 2 Description du cycle e Le fluide caloporteur sort l tat gazeux du serpentin de l vaporateur E pression pp et temp rature Tr de la source froide e Il passe alors dans le compresseur O qui le comprime la pression pe Cette compression rapide est isentropique adiabatique le fr on gazeux s chauffeQ e Quand le fr on gazeux arrive dans le
130. uantit s de chaleur amp Pour chaque valeur de V en utilisant l quation calorim trique calculer la quantit de chaleur AH amp Dresser un tableau complet et r capitulatif des mesures et calculs 3 2 D termination du ou des points d quivalence Tracer la courbe A H f V s Sur la courbe d terminer le volume l quivalence a Pour l acide chlorhydrique XE Pour l acide orthophosphorique XE1 XE2 XE3 a Calcul de la concentration molaire de l acide Calculer la concentration molaire de la solution acide connaissant celle de la soude 3 3 Calcul de l enthalpie de r action Acide chlorhydrique Acide orthophosphorique La variation d enthalpie molaire de la La r action s est faite en trois tapes r action de la soude sur l acide successives Relever les quantit s de chlorhydrique s exprime par chaleur AHpy AHpo et ArHe3 AH H correspondante aux trois volumes FR n quivalents es Conna issant le volume Calculer les trois variations l quivalence relever la quantit de d enthalpies molaires chaleur A H correspondante AH AH amp La r action a port sur n mole MR AE PEL A Hs AH d acide d terminer n A H 7 sms n amp En d duire la variation d enthalpie AH E3 A H E2 molaire de la r action Hm H n 3 4 Conclusion 7 Que peut on dire des courbes obtenues amp Quelle autre m thode de dosage d
131. ule de Rankine Commenter le r sultat P Kohl ENCPB juin 2006 page 85 T P N 13 3 3 Comparaison des enthalpies a Constante de l quilibre liquide vapeur P aasi anni L quilibre peut s crire Xid Xap avec K o o H O p bar e On peut utiliser la relation de Van t Hoff pour exprimer la quantit 1 In K f nK f D La relation de Van t Hoff s crit AH see FOR Es ici K p en bar dT R T o K est la constante d quilibre o AH est l enthalpie de la vaporisation du liquide rapport e une mole b D termination de l enthalpie par la formule de Rankine partir de l expression ci dessus et de la formule de Rankine tablie au 3 2 montrer que AH 4 R amp Calculer cette valeur c D termination de l enthalpie l aide des mesures effectives amp Pour chaque pression mesur e et en utilisant la relation de Van t Hoff calculer AH Vous utiliserez pour cela le logiciel de traitement des donn es en cr ant les variables n cessaires amp Peut on consid rer l enthalpie comme ind pendante de la temp rature sur l intervalle de temp rature tudi Tracer AH en fonction de la temp rature peut s av rer utile m amp Quoiqu il en soit donner la valeur moyenne de AH et la comparer avec la valeur trouv e pr c demment amp D duire de la valeur moyenne de AH la chaleur latente massique moyenne de vaporisation Ah L d Conclus
132. um Relier en C les deux parties du montage par un petit morceau de feuille anglaise qui pourra tre rapidement coup S assurer que la branche AB est inclin e vers la chaudi re de fa on que l eau qui se condensera dans ce tube non isol thermiquement ne puisse pas couler dans le calorim tre Mettre en marche le chauffe ballon pour obtenir une vive bullition 3 2 Acquisition de donn es C EE C EE L acquisition se fait en fonction du temps sur une dur e de dix minutes Commencer l acquisition lorsque l eau arrive bullition dans le ballon Surveiller la temp rature affich e l cran et la position du point repr sentatif 0 ne doit pas atteindre 50 C et le point ne doit pas arriver en haut de l cran sinon l acquisition perdrait toute signification Deux minutes avant la fin de l acquisition ou plus t t si la temp rature a d j atteint 45 C environ couper le raccord en feuille anglaise pour arr ter l arriv e de vapeur dans le calorim tre teindre alors le chauffe ballon Cet ordre est important si l on ne veut pas avoir de retour d eau du calorim tre vers le ballon Quand l acquisition est termin e enregistrer votre travail a Mesure de la masse m de vapeur C e 4 Repeser le vase int rieur du calorim tre Par diff rence avec la valeur initiale d duire la masse de vapeur qui s est liqu fi e dans le calorim tre EXPLOITATION DES R SULTATS 4 1 Graphe C
133. un vase Dewar contenant de l eau et de la glace en cours de manipulation il faudra penser v rifier la pr sence de glace La soudure froide est ainsi maintenue la temp rature constante de 0 C amp Reliez alors le thermocouple au voltm tre amp Corriger ventuellement le branchement de fa on respecter le mode de fonctionnement du voltm tre tension affich e positive Notez le mode de calcul de l exactitude du voltm tre 2 talonnage du thermocouple 2 1 V rification du point z ro amp Plonger la soudure chaude avec la soudure froide dans la glace fondante amp Noter l indication du voltm tre lorsqu elle s est bien stabilis e Cela caract rise l quilibre thermique de la soudure chaude avec le bain 2 2 Au point 100 C FN amp Dans un ballon de Berthelot introduire de l eau 1 3 environ et quelques grains de ponce sulfurique ou de Carborundum destin s r gulariser l bullition Si j S Thermocouple _ Porter bullition amp Introduire la soudure chaude de telle sorte qu elle baigne dans la vapeur au niveau o l eau se condense amp Lorsque l indication du voltm tre est bien stabilis e en relever la valeur que l on notera F0 2 3 Relev s aux points de solidification de trois corps purs On utilisera deux m taux et de l ac tate de sodium tri hydrat a Pour les m taux Les temp ratures de solidification sont donn es ci dessou
134. ure des pressions relatives de 1 10 bar Graduation ext rieure de 60 45 C avec temp rature du point de ros e du fr on R12 les deux graduations centrales sont des chelles pr vues pour d autres fluides 13 Manom tre c t haute pression Graduation int rieure pour la mesure des pressions relatives de 1 30 bar Graduation ext rieure de 70 95 C avec temp rature du point de ros e du fr on R12 les deux graduations centrales sont des chelles pr vues pour d autres fluides P Kohl ENCPB juin 2006 page 94 dition 2006 T P N 14 2 2 La mesure du travail mis en jeu le joule m tre wattm tre a Principe Utilis en wattm tre il indique la puissance lectrique Pe consomm e par le compresseur les signaux de courant et de tension sont multipli s entre eux Le r sultat de l op ration est une tension u f proportionnelle la puissance instantan e C est la valeur moyenne qui est affich e Utilis en joule m tre il indique le travail lectrique W consomm pendant la dur e de fonctionnement t 10 11 b Sch ma c L gende 1 2 3 4 Bornes de raccordement au compresseur par l interm diaire d une boite de raccordement voir sch ma de montage au 3 5 5 S lecteur de gamme de courant 6 S lecteur de gamme de tension 1 Diodes lumineuses pour la visualisation de sous ou sur modulation des pr amplis pour le courant et la tension avec fl
135. zinc que l on introduit Mp u mp capacit thermique massique des deux m taux zinc et cuivre Cu Cou 392 CL u c J kg K temp rature initiale du zinc Op u temp rature finale stabilis e du z T syst me de uoy crire l quation bilan de la r action crire l quation calorim trique en admettant que la transformation est adiabatique et en notant A H l enthalpie de la r action Remarque Dans cette relation on pourra faire l approximation que la masse de cuivre form est peut diff rente de la masse de zinc qui r agit A cela on peut apporter deux arguments a Leurs masses molaires voisines Me 63 5 g mol et M 65 4 g mol a La r action se fait mole pour mole 2 MODE OP RATOIRE 2 1 Pr paration de la mesure Le vase calorim trique doit tre en Pyrex amp Introduire 500 g d une solution de sulfate de cuivre de concentration molaire Cm 0 2 mol L dans le calorim tre dont on a d termin la capacit thermique C amp Mettre en place la sonde de temp rature et son circuit lectrique d acquisition amp Pesez une masse mu de zinc en poudre de l ordre de 4 5 g Effectuer la pes e au d cigramme pr s Mesurer au densim tre la densit d de la solution de sulfate de cuivre P Kohl ENCPB juin 2006 page 7 T P N 11 Relever la temp rature ambiante 0 mp 2 2 Acquisition des donn es 7 programmer une dur e d acqui

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