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6.
Réalisation et évaluation des experiences
6.1
Conversion du travail mécanique en chaleur
Réalisation de l'expérience
6.1.1
Tout d'abord, il s'agit de déterminer les différen-
tes masses:
Poids principal (par ex. seau d'eau)
m
= 5,22 kg
H
Contrepoids (sur le cordon de frottement)
m
= 0,019 kg
G
Cylindre en aluminium
Autres grandeurs devant être mesurées au
préalable:
Température ambiante
Diamètre du cylindre sur la surface de frotte-
ment
D
= 45,75 mm.
R
Une fois refroidi, le cylindre est vissé au support,
le palpeur enfiché et le cordon placé autour du
cylindre (cf. paragraphe 4).
minutes, qui doivent s'écouler pour obtenir une
repartition homogène de la température, la résis-
tance du palpeur s'élève à R
= 14,60°C d'après l'équation 1).
formément à T
1
Après avoir contrôlé la position zéro du
compteur, démarrer l'expérience en tournant la
manivelle pour soulever ainsi le poids principal.
A présent, le contrepoids redescend sur le sol,
ce qui détend légèrement le cordon qui frotte
moins contre le cylindre. A présent, le poids
principal conserve sa hauteur et devra la garder
pendant toute la durée de l'expérience.
rotations, conclure l'expérience
Après
n = 460
et
lire
la
résistance:
(T
= 30,26°C).
2
Comme la température augmente encore un
peu
directement
l'expérience (homogénéisation de la répartition
de la température), on note comme valeur de
mesure la résistance maximale qui est atteinte
quelques secondes après la fin de l'expérience.
Ensuite, la résistance se remet à augmenter,
car la temperature du cylindre retombe par
l'échange de chaleur avec l'environnement.
Evaluation de l'expérience
6.1.2
Le travail
W
est défini comme le produit de la force
F
et du parcours s
W
F s
Lors du frottement, la force
F
m
g
A
représente l'accélération de la
(g
long du parcours
s
n
D
R
On utilise les équations 3 et 4 dans l'équation 2
pour obtenir:
m
= 0,249 kg
A
T
= 23,2°C
U
Après quelques
= 8,00 k (con-
1
R
=
3,99
2
après
conclusion
(2)
(3)
pesanteur)
agit le
(4)
W
m
g n
A
5,22 9,81 460 3,1416 0,04575
La chaleur accumulée dans le cylindre Q
de la différence de température
capacité hermique spécifique indiquée au paragra-
phe
3:
Q c
m
A
A
0,86 0,249 30,26 14,60 KJ
Dans cet exemple, l'écart entre le travail et la
chaleur ne présente qu'environ 1%. En raison de
tolerances inévitables dans la composition du maté-
riau (l'aluminium pur est très mou et ne peut guère
être traité mécaniquement, aussi utilise-ton toujours
des alliages),
néanmoins varier sensiblement. Il est recommandé
de la déterminer individuellement pour chaque
cylindre. La méthode la plus simple est un réchauf-
fement
électrique,
équivalence entre la chaleur et l'énergie électrique.
Conversion de l'énergie électrique en chaleur
6.2
6.2.1 Réalisation de l'expérience
Une fois refroidi, le cylindre est vissé au support
(mêmes conditions qu'au cours de l'expérience
sur le frottement) et le palpeur enfiché. Après
quelques minutes, qui doivent s'écouler pour
obtenir une répartition homogène de la tempé-
rature, la résistance du palpeur s'élève à
R
= 8,00 k
1
d'après l'équation 1).
A présent, le bloc d'alimentation préréglé (cf.
k
paragraphe 4) est branché à l'élément chauf-
fant et un chronomètre démarré. Noter la ten-
sion et le courant (affichage sur le bloc
de
d'alimentation): U = 11,4 V; I = 1,0 A
Après
t = 300 s,
résistance: R
On enregistre également la modification (in-
fime) de la tension: U = 11,0 V.
6.2.2 Evaluation de l'expérience
L'énergie électrique E est le produit de la puisance
P et du temps t.
produit de la tension et du courant. On a alors
l'équation suivante
tension):
E
U I t
11 ,2 1 ,0 300
Au cours de cette expérience, la chaleur amenée
s'élève à
Q c
0,86 0,249 30,32 14,60 KJ
Encore une fois, E et Q
3
D
R
3386 Nm
(T
2
T
T
2
1
3353 J
la capacité thermique spécifique peut
sous-entendu
(conformément à
conclure l'expérience et lire la
= 3,98 k (T
= 30,32 °C)
2
2
La puissance est quant à elle le
(Calcul avec la moyenne de
3360 Ws
m
T
T
A
A
2
1
3366 J
coïncident très
(5)
résulte
– T
)
et de la
1
(6)
d'avoir
une
T
= 14,60°C
1
(7)
(8)
bien.
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