Expérience de joule bilan énergétique

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Exercices
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Énergie, matière et rayonnement

On introduit dans un tube, placé dans un calorimètre parfaitement calorifugé, un volume d’éther. Un petite palette mobile plonge dans le liquide, elle permet en tournant de lui donner du travail que l’on considérera intégralement converti en chaleur.

La palette est mise en mouvement par un fil lié à une masse qui descend sous l’effet de son poids. La hauteur maximale de chute est .

Un thermomètre permet de mesurer les changements de température du liquide, initialement à . On constate expérimentalement que la température du liquide augmente au cours du mouvement.

1. Exprimer l’énergie potentielle de pesanteur Ep en fonction de la cote z de la masse M.

Quel choix d’origine des potentiels faites-vous ?

2. Si on néglige tous les frottements, quel est le travail W que la masse en descente va transmettre au liquide ?

3. Comment interprétez-vous l’augmentation de température de l’éther ?

4. En faisant un bilan d’énergie, exprimer , la variation d’énergie interne de l’éther à l’issue de la descente de la masse.

5. Exprimer la chaleur reçue par l’éther Q en fonction de la température finale Tf et de Ti.

6. Calculer Tf, la température finale attendue.

7. On mesure en fait . Expliquer la différence avec la valeur théorique.

Données.

On prendra .

On donne dans le tableau suivant les principales propriétés de l’éther (éther diéthylique) :

Température de fusion Tfusion

Température d’ébullition Tébullition

Capacité thermique C

Solubilité dans l’eau s

69 g/L à 20 °C

Masse volumique ρ

0,714 g/cm3 à 20 °C