Calorimétrie

Un calorimètre est un ensemble de deux récipients en aluminium séparés par une couche d'air. Il se comporte comme une bouteille isotherme (ou bouteille thermos), c'est-à-dire que, sur la durée de l'expérience, on peut considérer qu'ils n'échangent pas d'énergie sous forme thermique avec l'extérieur.

Bien que le calorimètre n'échange pas d'énergie par transfert thermique avec l'extérieur, c'est-à-dire que Q = 0 J, son énergie interne peut varier. Par exemple, si l'on introduit une masse m d'eau très froide à une température T_\text{f} dans le calorimètre à la température T_0, on observe, au bout d'un certain temps, un équilibre thermique. L'eau et le calorimètre atteignent tous deux une température T_\text{éq}.
Si l'on note C_\text{c} la capacité thermique du calorimètre, celui-ci reçoit un transfert thermique :

\Delta U_{1}=C_{\mathrm{c}} \cdot\left(T_{\mathrm{éq}}-T_{0}\right)

De même, si l'on note c la capacité thermique massique de l'eau, celle-ci reçoit un transfert thermique :

\Delta U_{2}=m \cdot c \cdot\left(T_{\mathrm{éq}}-T_{\mathrm{f}}\right)

L'hypothèse initiale nous permet alors de simplifier levpremier principe :

\Delta U_{1}+\Delta U_{2}=W

Dans le cas où le système ne reçoit aucun travail, on a même :

\Delta U_{1}+\Delta U_{2}=0\: \mathrm{J}

Une des méthodes très utilisée en calorimétrie est appelée « méthode des mélanges ». Elle peut être utile pour déterminer, par exemple, la valeur de la capacité thermique d'un calorimètre. Le principe de cette méthode est le suivant : après introduction d'une masse déterminée d'eau dans le calorimètre à une température plus élevée que celle du calorimètre, l'ensemble \{calorimètre + eau\} atteint l'équilibre thermique. À noter que la valeur de la capacité thermique de ce système est la somme de la capacité thermique du calorimètre et de ses accessoires, notée μ, et de la capacité thermique de l'eau ajoutée.

On peut alors introduire une seconde masse d'eau à une autre température et relever la valeur de la température à l'équilibre thermique.

Un bilan d'énergie permet d'obtenir la valeur de la capacité thermique du calorimètre \mu en fonction de la valeur de la capacité thermique massique de l'eau, des masses d'eau ajoutées et des températures mesurées.

• Calorimètre avec résistance chauffante intégrée, muni d'un agitateur et d'un thermomètre
• Bain-marie
• Alimentation variable
• Deux multimètres
• Balance électronique
• Sonde de température et carte d'acquisition