Une bouteille thermos peut être considérée comme un calorimètre (voir figure ci-dessous), c’est-à-dire un système de faible capacité thermique pouvant pratiquement isoler thermiquement son contenu du milieu extérieur.
1°) Pourquoi qualifie-t-on une transformation ayant lieu dans un calorimètre de Monobare ? Montrer alors que ∆𝐻 = 𝑄 pour un système subissant une telle transformation.
On place une masse 𝑚1 = 500 𝑔 d’eau dans la bouteille thermos, on attend l’équilibre thermique et on mesure 𝜃1 = 77°𝐶. On ajoute ensuite une masse 𝑚2 = 500 𝑔 d’éthanol à la température 𝜃2 = 20°𝐶 dans la bouteille, on attend à nouveau l’équilibre thermique et on mesure 𝜃𝑒𝑞 = 56,9°𝐶. Les manipulations sont réalisées suffisamment vite pour que les pertes thermiques soient négligeables.
2°) Quelle aurait été la température 𝜃𝑒𝑞 si la capacité thermique de la bouteille était nulle ?
3°) Exprimer la capacité thermique 𝐶𝑡 de la bouteille thermos en fonction des différentes températures, des capacités thermiques massiques de l’eau 𝑐𝑒𝑎𝑢 et de l’éthanol 𝑐𝑒𝑡ℎ.
4°) Déterminer la valeur de la capacité thermique 𝐶𝑡 de la bouteille utilisée.
5°) On peut lire sur la notice fournie par le constructeur du calorimètre que la masse équivalente en eau de la bouteille et de ses accessoires est 𝑚𝑐 = 40𝑔. Commenter cette valeur numérique.
Données :
- Capacité thermique massique de l’eau 𝑐𝑒𝑎𝑢 = 4,18 𝑘𝐽.𝑘𝑔−1.𝐾−1
- Capacité thermique massique de l’éthanol 𝑐𝑒𝑡ℎ = 2,46 𝑘𝐽.𝑘𝑔−1.𝐾−1
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