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physique chimie

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mesure de la capacité thermique massique de la brique

mis à jour le 20/11/2011


brique

une séance de TP en groupe permettant de travailler des compétences disciplinaires mais aussi transversales autour des notions d'énergie interne et de capacité thermique massique (thème Habitat du programme).

mots clés : habitat, énergie, matériaux, compétences, thermique, isolation, transfert, échanges, température

Contexte de la séance


Programme :
 NOTIONS ET CONTENUS CAPACITES EXIGIBLES
Energie interne ;
Température ;
Capacité thermique massique		Mesurer des températures
Réaliser expérimentalement le bilan thermique dune enceinte en régime stationnaire
Mesurer l'énergie échangée par transfert thermique

Compétences  transversales :
  • Extraire l'information d'un document
  • S'exprimer dans un langage scientifique rigoureux
  • Choisir des unités adaptées aux grandeurs étudiées
  • Fournir un résultat avec un nombre cohérent de chiffres significatifs

Conditions de mise en œuvre : activité expérimentale -  2h en groupe

Pré- requis :    Activités, cours et exercices autour des notions de température, d'énergie interne et de capacité thermique massique.

Fiche élève


Mise en situation
briques pilettes et tubuli
Le site de Chassenon (17) permet de visiter des thermes gallo-romains en excellent état de conservation.
Quatre grands fours alimentés par du bois servaient à la fois à chauffer l'air et l'eau des piscines. L'air chaud fourni par les foyers circulait à travers les murs et entre les planchers grâce au système des pilettes (sorte de colonnes en briques) et des tubuli (briques creuses par lesquelles circulait l'air chaud)

Quelle caractéristique de la brique rendait son utilisation aussi répandue ?

Travail expérimental

Objectif : mesurer la capacité thermique massique cB d'un fragment de brique

Matériel disponible :

  • calorimètre
  • échantillon de brique porté à 100°C (renfermé initialement dans une étuve ou plongé dans de l'eau bouillante)
  • balance électronique
  • thermomètre électronique avec sonde
  • bécher 400 mL, éprouvette graduée 250 mL

Notations :
notations

Tâches à effectuer :

  • Définir un protocole expérimental permettant de réaliser des transferts thermiques, puis d'obtenir cB la capacité thermique massique de l'échantillon de brique.
  • En effectuant un bilan des échanges thermiques, établir l'expression de cB en fonction des grandeurs mises en jeu dans l'expérience.
  • Calculer sa valeur et renouveler l'opération avec un échantillon de métal.
  • Justifier la présence de briques réfractaires dans des systèmes de chauffages électriques dits à « accumulation » ou à « inertie ». Quel est l'intérêt ?

Corrigé

Protocole :
  1. prélever à l'aide d'une éprouvette graduée un volume de 600 mL d'eau (mE = 0,6 kg) et le verser dans le calorimètre
  2. mesurer Ti la température initiale de l'eau (et donc de la paroi interne du calorimètre) à l'aide du thermomètre électronique
  3. sortir rapidement de l'étuve le fragment de brique (prévoir une protection pour les mains), en s'aidant d'une pince en bois, le plonger dans le calorimètre et refermer le couvercle
  4. mesurer la température TF une fois que l'équilibre thermique est atteint
  5. mesurer la masse de brique mB avec une balance électronique à 0,1 g près
  6. effectuer un bilan thermique et calculer cB.


Résultats :

résultats

Conclusion : 

Grâce à leur capacité thermique massique élevée, la présence de briques réfractaires dans des systèmes de chauffages électriques à « accumulation » permet de diffuser une chaleur « douce ».

L'inertie thermique importante au niveau des radiateurs renforce la sensation de confort par rapport à un convecteur classique ou même un panneau rayonnant.


 

information(s) pédagogique(s)

niveau : 1ère STI, 1ère STL

type pédagogique : travaux pratiques, compétences

public visé : enseignant, élève

contexte d'usage : non précisé

référence aux programmes : Thème Habitat : Gestion de l'énergie dans l'habitat.
Définir la capacité thermique massique.
Donner l'ordre de grandeur de la capacité thermique de matériaux usuels.

fichier joint

information(s) technique(s) : Document modifiable au format .doc

taille : 77 kio ;

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physique chimie - Rectorat de l'Académie de Nantes