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.