6. LES THERMOMETRES 6.1 Thermomètre normal

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1 6. LES THERMOMETRES 6.1 Thermomètre normal
Thermomètre à gaz qui est utilisé pour déterminer les points fixes. Le Gaz utilisés : He (à partir de -270°C) H2 (-250°C à 300°C)

2 6.2 Thermomètre à dilatation de liquides
Le thermomètre à dilatation de mercure (Hg): utilisé de -39°C à 360°C. 6.3 Thermomètre à résistance La résistance R est mesurée en fonction de la température θ, avec un pont de Wheatstone : R = R0 (1+ a θ + b θ2)

3 6.4 Pyromètre optique La pyrométrie repose sur les lois qui relient la température des corps avec le rayonnement thermique qu’ils émettent ou qu’ils absorbent. 6.5 Thermocouple Ils fonctionnent suivant l’effet thermoélectrique (effet Seebeck) :

4 Un thermocouple est constitué de deux fils homogènes de métaux ou d’alliage différents réunis à l’une de leurs extrémités pour former la soudure de mesure.

5 7. Température et dilatation
Quand la température augmente, la plus part des corps (solides, liquides et des gaz) se dilatent. Cette dilatation génère une augmentation du volume. Cette propriété est utilisée dans la construction de la plupart des thermomètres. Exemple: thermomètre à mercure.

6 7.1 Dilatation linéaire  Lorsqu’on chauffe une barre métallique, on observe une évolution de la longueur de cette barre : expérimentalement on montre que l’allongement est proportionnel à: l’élévation de la température la longueur de la barre l0.

7 Enoncé : La dilatation linéaire l - l0 d’un matériau entre les températures t0 et t0 + ∆t est proportionnelle à sa longueur initiale l0 et à l’élévation de température ∆t : λ : coefficient de dilatation linéaire

8 Coefficient de dilatation de quelques matériaux :
Aluminium 22, °C-1 Cuivre 16, °C-1 Fer 11, °C-1 Porcelaine °C-1 Quartz 0, °C-1

9 II. QUANTITE DE CHALEUR ET CALORIMETRIE
II.1 La CHALEUR Lorsqu’on chauffe un corps, sa température augmente. On lui a donc passé quelque chose qui n’est pas matériel. Cette chose transférée, est appelé chaleur.

10 Remarques : La quantité de chaleur est noté Q  La chaleur passe toujours d’un corps chaud à un corps froid, jamais l’inverse.

11 II.1.1 Unité de la chaleur  Dans le système international, l’unité de chaleur c’est le Kcal. 1 cal = J

12 II.1.2 La chaleur spécifique
La chaleur spécifique (capacité thermique) d’un corps est la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer une masse unité de ce corps pour que sa température augmente de un degré centigrade.

13 II.1.2 Expression de la chaleur spécifique
Si la quantité de chaleur Q produit un écart de température de ∆T pour une masse m d’un corps, alors la chaleur spécifique c de la substance est donnée par :

14 L’unité de la chaleur spécifique est: kJ/ kg C°.
Tableau des valeurs de chaleur spécifique. Corps Eau Air Mercure Aluminium Fer Cuivre C: (J/kg °C) 4180 1000 140 920 460 380

15 Remarque important : La chaleur spécifique mesure la capacité du corps à stoker de la chaleur. Elle est élevée pour l’eau et faible pour les métaux.

16 II.1.3 Chaleur sensible- Chaleur latente
Est la quantité de chaleur qui est échangée (sans changement de phase), entre plusieurs corps formant un système isolé.

17 1.3.2 Expression Chaleur sensible
Mathématiquement, la quantité de chaleur sensible Q échangée par un corps qui passe d’une température T1 à une température T2 est donnée par la relation :

18 Q : est la chaleur sensible (en J) ;
m : est la masse du corps (en kg) ; c : est la chaleur massique du corps (en J/kg.K) : sont les températures initiales et finales du corps (en K). T1 et T2 

19 Chaleur latente On appelle chaleur latente de changement d’état d’un corps, la quantité de chaleur L nécessaire pour effectuer, à température constante, le changement d’état de l’unité de masse du corps.

20 Unité de L : est J/kg Attention
(La pression reste constante et égale à la pression d’équilibre entre les deux états). Unité de L : est J/kg

21 1.3.3.1 Chaleur latente de fusion
La chaleur de fusion Lf d’un corps solide est la chaleur nécessaire pour fondre une masse unité de ce solide à température constante.

22 1.3.3.2 Chaleur latente de vaporisation
La chaleur de vaporisation Lv d’un liquide est la quantité de chaleur nécessaire pour vaporiser une masse unité d’un liquide à température constante.

23 Tableau des valeurs de Lf et Lv
corps Tf (°C) Lf (kJ/kg) Tv (°C) Lv (kJ/kg) eau 334 100 2257 plomb 327 24 1744 900 cuivre 1083 380 2300 9000

24 II.2 CALORIMETRIE ET CALORIMETRE
2.1. Calorimétrie : La calorimétrie est la partie de la thermodynamique qui a pour objet la mesure des quantités de chaleur. Pour cela, on utilise un calorimètre.

25 2.2 Calorimètre : Un calorimètre est une enceinte thermiquement isolé (enceinte adiabatique) dans laquelle deux sous-systèmes échangent de la chaleur.

26 2.3 Conception générale  Calorimètre de BERTHELOT

27 Q1 + Q2 = 0 2.2 Principes fondamentaux de la calorimétrie
Principe des échanges de chaleur. Lorsqu’il y a échange de chaleur entre deux corps, la quantité de chaleur gagnée (Q1 >0) par l’un est égale à la quantité de chaleur cédée par l’autre (Q2 < 0). Q1 + Q2 = 0

28 Remarque : Il faut que les échanges de chaleur ne soient accompagnés d’aucun travail.

29 2.2.2 Principe des transformations inverses
La quantité de chaleur qu’il faut fournir à un corps pour le faire passer d’un état initial 1 à un état final 2 est égale à celle qu’il restitue lorsqu’il revient de l’état 2 à l’état 1.

30 Exemple : L’eau qui s’échauffe de 10°C à 30 °C absorbe une quantité de chaleur égale à celle qu’elle restitue quand elle se refroidit de 30 °C à 10° C.

31 2.2.3 La valeur en eau d’un calorimètre.
Définition La valeur en eau d'un corps est la masse d'eau fictive μ qui a la même capacité thermique que le corps. Cm : est la capacité thermique du corps (J.K-1) Ceau : est la chaleur massique de l’eau, soit 4185 J.K-1. kg-1