Physique-Chimie Terminale Spécialité

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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
Chapitre 15
Activité 4 - Activité expérimentale
60 min

Chaufferette de poche

14 professeurs ont participé à cette page
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Objectifs : Exploiter l'expression de la variation d'énergie interne d'un système.
Effectuer un bilan énergétique.
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Problématique de l'activité
L'hiver, certains sportifs (randonneurs, skieurs) emportent avec eux des chaufferettes de poche qui leur permettent de se réchauffer lorsqu'ils ont froid.

D'où vient l'énergie libérée par une chaufferette de poche ?
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Doc. 1
Variation d'énergie de la chaufferette

Juste après avoir plié la capsule en métal de la chaufferette de poche, celle-ci se réchauffe : elle est le siège d'une transformation exothermique.
Si on la plonge dans un calorimètre rempli d'eau à température ambiante, on peut déterminer la variation d'énergie interne \Delta{U_1} de la chaufferette de poche.
En effet, si l'on note \Delta{U_2} la variation d'énergie interne de l'ensemble {calorimètre + eau}, le premier principe appliqué au système {calorimètre + eau + chaufferette} nous donne :

\Delta{U_1} + \Delta{U_2} = 0 J
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Données

  • Capacité thermique massique de l'eau  :
    c = 4 185 J⋅K-1⋅kg-1
  • Expression de l'incertitude sur un appareil de mesure de résolution d :
    \text{u(x)} = \dfrac{d}{2 \sqrt{3}}
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Doc. 2
Cycles d'une chaufferette de poche

Une fois qu'une chaufferette de poche a été utilisée, son contenu est solide et à température ambiante. Néanmoins, les chaufferettes de poche sont réutilisables. Pour que la transformation puisse à nouveau avoir lieu, il faut apporter à la chaufferette de l'énergie.

Celle-ci est apportée sous forme thermique en chauffant la chaufferette : les cristaux de la chaufferette disparaissent alors. Cette réaction est endothermique : de l'énergie est emmagasinée et pourra être restituée lors d'une nouvelle utilisation de la chaufferette.
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Doc. 3
Capacité thermique

Lorsque la température de l'eau liquide évolue, il existe une relation de proportionnalité entre la variation de température \Delta{T} et la variation d'énergie interne \Delta{U} :

\Delta{U} = m \cdot c \cdot \Delta{T}

\Delta{U} : variation d'énergie interne (J)
m : masse du système (kg)
c : capacité thermique massique de l'eau (J⋅kg-1⋅K-1)
\Delta{T} : variation de température (K)
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Doc. 4
Matériel nécessaire

  • Calorimètre avec agitateur
  • Thermomètre
  • Chaufferette de poche
  • Balance
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Supplément numérique

Découvrez une expérience de surfusion en vidéo en .
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Questions
Compétence(s)
RAI/ANA : Élaborer un protocole
VAL : Évaluer les incertitudes
1. Préciser quelle grandeur, homogène à une énergie, varie lors des cycles d'utilisation d'une chaufferette de poche.


2. Proposer un protocole permettant de mesurer la variation d'énergie interne de la chaufferette lors de son utilisation. On précisera les hypothèses utilisées.

3. Proposer une méthode permettant de vérifier qu'il n'y a aucun échange d'énergie entre l'extérieur et le calorimètre.


4. Mesurer la valeur de cette variation d'énergie interne et calculer l'incertitude \text{u}(\Delta{U}) de cette mesure, sachant que :

\dfrac{\text{u}(\Delta{U})}{\Delta{U}} = \sqrt {\left(\dfrac{\text{u}(\text{m})}{\text{m}}\right)^2 + \left(\dfrac{\text{u}(\Delta{T})}{\Delta{T}}\right)^2}

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Synthèse de l'activité
Proposer un schéma des transferts d'énergie lors d'utilisations successives d'une chaufferette, en faisant apparaître la grandeur mesurée expérimentalement.

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