Rpublique Algrienne Dmocratique PopulaireMinistre de lEnseignement Suprieur et de la recherche ScientifiqueUniversit des Sciences et de la Technologie dOran (USTO-MB)

Facult : Des Sciences. Dpartement : Physique. Option : 3meAnne Licence.

THEME :

Prsent par

:

- Benmelouka Fatma - Boukhli Farah - Taleb Bendiab Anis

ANNEE UNIVERSIATIRE

2010-2011

1- Introduction :

-La dilatation thermique est l'expansion pression constante du volume d'un corps occasionn par son rchauffement, gnralement imperceptible. Cette dilatation s'explique par l'augmentation de l'agitation thermique des particules qui constituent le corps. Si le corps est long, sa dilatation sera surtout visible dans le sens de la longueur : on a une dilatation linaire. Dans notre TP on tudie la dilatation dun solide donc ;-Dans un solide, les atomes possdent une nergie thermique et vibrent autour de leur position moyenne. Cette vibration dpend de la temprature mais aussi du voisinage des atomes, plus prcisment du potentiel cr par les atomes environnants. basse temprature, les potentiels interatomiques peuvent tre dcrits de faon harmonique : pour des tempratures proches de T = 0 K, les atomes restent centrs sur leur position moyenne r0. Ce n'est plus le cas pour des tempratures leves : l'anharmonicit des potentiels interatomiques introduit une dpendance de la position moyenne des atomes avec la temprature, ce qui cause le phnomne de dilatation thermique.

2- Principe de la manipulation : -Le principe de la manipulation est de calculer le coefficient de dilatation pour le cuivre et laluminium partir des valeurs releves depuis le dilatomtre, et donc de savoir la manier dutilisation des deux matriaux.

3- Rponse aux questions : On relve les donns a partir du dilatomtre et on les classe dans un tableau (si dessous) puis on calcule le coefficient de dilatation a partir du graphe, sachant que L=.L0T avec T=T-T0a-pour le cuivre : L0= 580mm , T0= 20C T (C) L (mm) 20 0 30 0.09 40 0.185 50 0.275 60 0.37 70 0.46 80 0.55

b-pour lAluminium : L0= 540mm , T (C) L (mm) 20 0 T0= 20C 30 0.03 40 0.06 50 0.09 60 0.12 70 0.155 80 0.18

1) Le trace du graphe : L=f (T) :

L(mm) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 10 20 30

L=f (T)

T(C) 40 50 L(Al)=f( T) 60 70

L(Cu)=f( T)

Observation : les graphes sont des lignes droite commenant par lorigine leur quation mathmatique est (y=ax) ; avec a cest la pente de la droite, et son quation physique est L= .L0T Donc par analogie avec lquation mathmatique et lquation physique on dduit que ; a= .L0, alors =

,2) Calcule des coefficients de dilatation :

* pour le cuivre : A partir du graphe1 (couleur rouge) : a= Tg=

=

, donc

=

=

Cu = 1.57 10-5C-1

* pour lAluminium :

A partir du graphe 2 (couleur bleu) : a = Tg== Al = 5.5 10-6C-1

=310 , donc

-3

4-Conclusion : A la fin du TP on saperoit que le coefficient du Cu> que de lAluminium cest pour ca quon utilise le cuivre dans le cadre industrielle car il se dilate mieux que lAluminium; et la preuve cest quon utilise le cuivre pour faire des fils et des cbles lectrique, contrairement a lAluminium il est souvent utilis dans le transport d'lectricit de grande puissance lorsque la section du cble et sa longueur limine le cuivre cause de sa masse spcifique plus leve. Donc dans le domaine de lindustrie on utilise souvent le cuivre.

1- Introduction :

Un collecteur solaire est un dispositif destin rcuprer une partie du rayonnement solaire pour le convertir en nergie solaire. On peut distinguer deux diffrent type de collecteur ; thermique et photovoltaque, dans notre TP on utilise des panneaux solaire thermique a eau pour obtenir un meilleur rendement2- Principe de la manipulation :

-Le principe de ce TP est de faire circuler leau dans les conduits reli au collecteur en utilisant deux modes de transfert par conviction et par rayonnement; le mode de transfert par conviction c'est le mode de transfert de chaleur par un fluide. Ce mode de transfert se concerne donc que les fluides ou les changes entre un solide et un fluide. Pour le cas du transfert par rayonnement cest le mode de transfert n'utilisant aucun milieu matriel. Ce rayonnement est un transfert de chaleur entre deux corps, spar par du vide ou un milieu transparent, par l'intermdiaire d'ondes lectromagntiques. -On relve les tempratures a chaque point (entr et sortie) de labsorbeur.et aprs plusieurs calcules le rendement.3- Rponse aux questions :

1) Les lois de la thermodynamique : La thermodynamique tudie les transformations des systmes ouverts ou ferms isols ou non reprsents par des variables d'tat. Les notions thoriques de base de la thermodynamique sont la chaleur, la temprature thermodynamique, l'nergie interne, l'enthalpie, l'entropie, la rversibilit. Les grandeurs exprimentales sont les capacits calorifiques, la pression, le volume,... Les principales lois de la thermodynamique sont le premier principe, le deuxime principe (V. Carnot, Clausius), (le troisime principe de la thermodynamique V. Nernst). - Les lois de la thermodynamique, en principe, dcrivent les dtails pour le transport de la chaleur et travail dans un processus thermodynamiques. Depuis leur conception, cependant, ces lois sont devenues une partie du plus important en tout de physique et d'autres branches de la science reli thermodynamique. Ils sont souvent associs aux concepts loin au del de ce qui est directement nonc dans les mots. Le principe zro de la thermodynamique : O principe de l'quilibre thermique est dfinie par le fait que si deux systmes thermodynamiques 1 et 2 sont en quilibre thermodynamique avec un troisime 3, ils sont eux-mmes en quilibre thermodynamique (il s'agit d'une assertion dans le langage de la thorie de la dmonstration).Donc si deux corps en contact sont en quilibre thermique, ils ont la mme temprature. Deux corps mme temprature en contact sont en quilibre thermique. Le Premier principe : Cest le Principe de conservation de l'nergie qui stipule qu'il existe une fonction d'tat, l'nergie interne U, dont les variations entre deux tats d'un systme sont gales la somme des travaux et des quantits de chaleur apports au systme entres ces deux tats (quel que soit le processus reliant les deux tats). Ce principe tablit l'quivalence du travail et de la chaleur. Ce principe est aussi une loi gnrale pour toutes les thories physiques (mcanique, lectromagntisme, physique nuclaire,...) On ne lui a jamais trouv la moindre exception. Une consquence mathmatique : dU = dW + dQ est une diffrentielle totale.

Le deuxime principe : La variation totale d'entropie d'un systme et de son milieu est toujours positive, et tend vers zro pour des transformations tendant vers la rversibilit. Ce principe Introduit en plus de l'nergie d'un systme physique une autre grandeur caractrisant le systme et qu'on nomme entropie. C'est un principe d'volution, car il dtermine jusqu'o et dans quel sens les diffrentes transformations de l'nergie du monde sont possibles. Ainsi, certaines transformations chimiques sont possibles et d'autres pas. De mme toute la chaleur d'un corps Le troisime principe : Le troisime principe de la thermodynamique, appel encore le thorme de Nernst, du nom du Prix Nobel qui l'a dcouvert en 1906, s'nonce de la faon suivante : "L'entropie d'un systme quelconque peut toujours tre prise gale zro la temprature du zro absolu".

2) Le corps noir : En physique, tout corps capable d'absorber compltement toutes les radiations lectromagntiques incidentes sur sa surface. Dans la nature, il n'existe pas de corps avec les caractristiques requises mais, en laboratoire, il est possible de construire des modles qui, dans des conditions dtermines, sont capables d'en simuler fidlement le comportement. Toute enceinte isotherme, ferme l'exception d'une trs petite ouverture, joue le rle d'un corps noir. Les corps noirs, comme tous les autres corps, mettent des radiations comprises dans un spectre caractristique qui dpend exclusivement de la temprature absolue. A chaque valeur de la temprature correspond une longueur d'onde dominante. Donc un corps noir dsigne Manip N: 1 2 3 4 5 6 Ecran + + + Illumination Courant dair + + + + + + Te(K) 279 280 295 296 298 299 Ts(K) 290.5 293 301 302.5 306 304

T(K)11.5 13 06 06.5 08 05

un objet idal dont le spectre lectromagntique ne dpend que de sa temprature 3) calcule du rendement pour le 6 sries de mesures : On a: C = 4187 J/Kg.K , qi =103 watt/m2 , S = 0.12 m2

Calcule du d: d = 100 cm3/min, d= (1/6)*10-5 m3/s avec p=10kg/m3 Donc d = 1.67*10-3 kg/s

Par suite on peut calculer facilement le rendement : Avec

qiS = 120 watt,

et Cd= 6.992 J.K-1.s-1

Donc il faut seulement calculer chaque fois lintervalle entre les tempratures pour chaque srie de mesure c'est--dire Pu

Pu1= 80.41 watt Pu2= 90.90 watt Pu3= 41.95 watt Pu4= 45.45 watt Pu5= 55.94 watt Pu6= 34.96 watt Par suite on trouve le rendement

1 = 67.01% 2 = 75.75% 3 = 34.95 % 4 = 37.88 % 5 = 46.62 % 6 = 29.13 %3- Conclusion : A la fin du TP on remarque que le rendement le plus important est celui de la srie de mesure N2 car le rendement du collecteur solaire ne dpend que de lcran car les autres conditions (illumination, courant dair .etc.) influencent ngativement sur son rendement malgr la prsence de lcran.

(rendement plus important)

1- Introduction :

La conductivit thermique est une grandeur physique caractrisant le comportement des matriaux lors du transfert thermique par conduction. Note ), cette constante apparat par exemple dans la loi de Fourier. Elle reprsente la quantit de chaleur transfre par unit de surface et par une unit de temps sous un gradient de temprature de 1 degr par mtre. Quand la conductivit lectrique cest l'aptitude d'un matriau laisser les charges lectriques se dplacer librement, autrement dit permettre le passage du courant lectrique.2- principe du TP:

La conductivit thermique du cuivre et de l'aluminium est dtermine en appliquant un gradient de temprature constant au flux thermique mesure par un calorimtre. La conductivit lectrique du cuivre et de l'aluminium est dtermine par la loi de Wiedmann-Franz

Remarque : La conductivit dpend principalement de :

La nature du matriau, la temprature.

Dautres paramtres comme lhumidit, la pression interviennent galement.

En gnral, la conductivit thermique va de pair avec la conductivit lectrique. Par exemple, les mtaux, bons conducteurs d'lectricit sont aussi de bons conducteurs thermiques. Il y a des exceptions bien sur 4-La capacit calorifique : Elle reprsente la quantit de chaleur fournir 1kg de matire pour lever sa temprature de 1K ; elle sexprime en j/Kg .K On lappel aussi la capacit thermique.

Illustration de lexprience

3- Rponse aux questions :

On relve les tempratures pour les deux barres de mtal et on calcule Q env. a partir de la relation Q env.= (C eau .m eau +C). T on a C= 56j/K. C eau = 4.187j/g K. m eau= 350g. L= 420 mm. d = 25 mm. T=T1-T2 Pour le Cuivre :

t 0 5 10 15 20 25

T1 19.8 19.9 20.3 21.2 21.6 22.5

T2 19.4 18.7 19.2 20 21 22

T 0.4 1.2 1.1 0.8 0.6 0.5

Q env. 608.58 1825.74 1673.59 1217.16 912.87 760.72

Pour le lAluminium :

t 0 5 10 15 20 25 La trace des graphes :

T1 20.6 20.3 20.7 20.9 21.5 21.6

T2 19.2 17.5 18.5 19.7 21.1 21.5

T 1.4 2.8 2.2 1.2 0.4 0.3

Q env. 2130.03 4260.06 3347.19 1825.74 608.58 456.435

1) Q env = f(t) Pou le Cuivre

Q envCU (t)2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 5 10 15 20 25 30

Q env.

Pour lAluminium

Q env.Al (t)4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 25 30 Q env.

2) Q env= f (T) Pour le Cuivre

Q env.cu (T)2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 0.5 1 1.5

Q env.

Pour lAluminium

Q env.Al (T)4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Q env.

Calcule des conductivits CU AL On a

Donc Pour lAluminium AL = =325.6 Wm-1K-1

Pour le Cuivre CU = =325.6 Wm-1K-1

4- Conclusion :

On retrouve du cuivre dans un grand nombre dapplications contemporaines et dans de nombreuses industries diffrentes : tlcommunications, btiment, transports, nergie et renouvelables. Du fait de sa grande conductivit, le cuivre est largement utilis dans les applications lectriques, lectroniques et thermiques. Il est le meilleur conducteur lectrique parmi lensemble des mtaux non prcieux. titre dexemple, la conductivit lectrique du cuivre est suprieure celle de laluminium). il ne peut cependant pas tre utilis dans les lignes haute tension ariennes o laluminium simpose en raison de sa lgret. Ses proprits lectriques sont largement exploites, et son utilisation en tant que conducteur, dans les lectroaimants, les relais, les barres de distribution et les commutateurs. Les circuits intgrs ainsi que les cartes circuits imprims utilisent de plus en plus le cuivre au lieu de laluminium du fait de sa conductivit lectrique plus leve. Il est galement utilis comme matriau pour la fabrication des radiateurs pour ordinateurs, du fait de sa meilleure conductivit thermique que celle de laluminium.. Le cuivre est rarement utilis pur, sauf pour les conducteurs lectriques et dans le cas o l'on souhaite une grande conductivit thermique. Cela rsulte du mode de transmission de la chaleur et de l'lectricit dans les mtaux, qui se fait majoritairement par dplacement d'lectrons. On notera ce titre que le cuivre servant doit tre extrmement pur pour avoir la meilleure conductivit. Dans certaines applications thermiques pour des raisons conomiques, il est parfois remplac par des matriaux moins performants en termes de rendement (aluminium, matriaux de synthse). Il est montr que les conductivits thermique et lectrique du cuivre sont lies trs fortement.