Calorimtrie

La alorimtrie est le domaine de la thermodynamique onsar aux mesures de transferts thermiques hanges

de alories .

1 Mthode des mlanges

1.1 Dispositifs exprimentaux : alorimtres

Les hanges d'nergie thermique s'eetuent l'in-

trieur d'un ripient alorimtrique vase alorifug

sous la pression atmosphrique.

Les alorimtres sont onstuits de faon rduire

le plus possible les fuites thermiques ave le mi-

lieu extrieur, dues aux phnomnes de ondution, de

onvetion et de rayonnement thermique. Le alorimtre

de Berthelot onstitue l'appareil de laboratoire usuel,

destin aux mesures alorimtriques.

PSfrag replaements

matriau isolant

agitateur

thermomtre

Dans les exprienes alorimtriques nessitant une

grande prision, on fait appel un vase alorimtrique

de type Dewar.

PSfrag replaements

vide

surfae argente

Le vide entre les parois permet d'viter les trans-

ferts thermiques entre le systme alorimtrique et l'air

ambiant. La rayonnement thermique n'intervient prati-

quement plus lorsqu'on argente la surfae de la paroi

intrieure du vase.

1.2 Mesure de la apait thermique du alorimtre

Une expriene prliminaire est nessaire an de

dterminer la apait thermique C du alorimtre etde ses a

essoires (agitateur et thermomtre). On d-

nit la valeur en eau du alorimtre omme la masse

d'eau qui aurait la mme apait thermique que

le alorimtre, 'est--dire qu'on pose C = c0, oc0 = 4, 18 kJ.kg

1.K1 est la apait thermique mas-sique de l'eau liquide. Pour la dterminer, on verse une

masse d'eaum1, la temprature 1, dans le alorimtre

la temprature initiale 0. l'quilibre thermique, la

temprature est f .

Le alorimtre tant au ontat de l'atmosphre, de

pression onstante, 'est l'enthalpie qui est la fontion

d'tat utile pour exprimer le transfert thermique. Le sys-

tme thermodynamique S onstitu par le alorimtre,

ses a

essoires et la masse d'eau m1 tant isol thermi-

quement, le bilan nergtique pour le systme S s'rit

H =

i

Hi = QP = 0

m1 c0(f 1) < 0

+ c0(f 0) > 0

= 0

=1 f

f 0m1

1.3 Mesure de la apait thermique d'un orps

On prend l'exemple d'un solide en uivre, de forme

ylindrique, de masse m2 pralablement dtermine par

pese, qui est port la temprature 2 dans une

tuve. Ce solide est plong dans un alorimtre onte-

nant une masse m d'eau, de apait thermique c0 =4, 18 kJ.kg1.K1, l'ensemble tant la temprature 0.La temprature d'quilibre thermique est f .

En notant c la apait thermique massique du

uivre, le bilan nergtique relatif au systme S onsti-

tu par le alorimtre, ses a

essoires, la masse d'eau m

et le solide en uivre, s'rit

H =

i

Hi = QP = 0

m2 c(f 2) + (m+ ) c0(f 0) = 0

c =(m+ )(f 0)

m2(2 f )c0

2 Mthode letrique

2.1 Dispositif exprimental

Une rsistane letrique est immerge dans un li-

quide dont on veut onnatre la apait thermique ou

la haleur latente de hangement d'tat.

Le passage du ourant pendant une ertaine dure

permet par eet Joule de fournir de l'nergie thermique

au systme tudi.

PSfrag replaements

E R

2.2 Prinipe de la manipulation

On prend l'exemple de la mesure de la haleur latente

de vaporisation de l'eau, sous la pression atmosphrique.

Le passage du ourant d'intensit I pendant une du-re t dans la rsistane R immerge dans la massed'eau m initialement la temprature 1 prohe de

l'bullition permet de porter ette eau sa temprature

d'bullition f et d'en vaporiser une masse mv (mesure

par pese du alorimtre avant et aprs l'bullition).

Pour le systme S onstitu par l'eau et le alori-

mtre, le bilan nergtique s'rit

H = QP +Wle = Wle

o Wle

est le transfert thermique d au passage du

ourant. Celui-i s'rit

Wle

= P t = RI2 t

La variation d'enthalpie du systme S s'rit quant

elle

H = (m+ ) c0 (f 1) rhauement de l'eau

+mv hvap vaporisation

o hvap

est l'enthalpie massique de vaporisation de

l'eau liquide.

On en dduit

(m+ ) c0 (f 1) +mv hvap = RI2t

e qui permet de aluler hvap

.

3 Mthode en rgime stationnaire

Un uide de apait thermique cP mesurer irule

dans un serpentin qui traverse un alorimtre ave un

dbit massique Dm onstant. En rgime stationnaire, latemprature d'entre du uide est 1, sa temprature de

sortie 2, toutes deux onstantes. Le uide hange don

ave le alorimtre une puissane thermique

P = Dm cP (2 1)

et un bilan nergtique onduit au alul de cP.