Calorimétrie  : Mélanger le chaud et le froid

1 · Prédire

Un bloc d'aluminium chaud est plongé dans de l'eau plus froide. Si vous utilisez un bloc d'aluminium plus gros (plus de masse) à la même température de départ, la température d'équilibre finale augmente-t-elle ou diminue-t-elle ?

• Un bloc chaud plus gros élève la température d’équilibre finale.
• Un bloc chaud plus gros abaisse la température d’équilibre final.
• La température finale ne dépend pas de la masse du bloc d'aluminium.

2 · Configurer

1. Ouvrez le préréglage de mélange chaud-froid et appuyez sur Réinitialiser. 1 kg d'eau à 290 K (corps1) se mélangera à un bloc d'aluminium à 400 K (corps2).
2. Activez la lecture de la température d’équilibre.
3. Réglez la masse du bloc d’aluminium pour chaque essai et enregistrez la température d’équilibre.

3 · Collecter les Données

Tracez la température d'équilibre T_eq (axe y) par rapport à la masse d'aluminium m₂ (axe x) pour vos trois essais.

4 · Analyser

1. Pour un essai, calculez T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) en utilisant de l'eau m₁ = 1 kg, c₁ = 4186 J/(kg·K), T₁ = 290 K et de l'aluminium c₂ = 900 J/(kg·K), T₂ = 400 K. Comparez avec le tableau.
2. Expliquez pourquoi l'augmentation de la masse du bloc chaud fait monter la température d'équilibre, même si sa chaleur spécifique (900 J/(kg·K)) est bien inférieure à celle de l'eau (4186 J/(kg·K)).

5 · Approfondir

1. L'eau a une chaleur spécifique inhabituellement élevée par rapport à la plupart des matériaux. Expliquez pourquoi les climats côtiers ont tendance à avoir des variations de température plus douces que les zones intérieures, en utilisant la même idée de bilan énergétique que cette expérience.
2. La chaleur perdue par le bloc d'aluminium doit être exactement égale à la chaleur gagnée par l'eau (conservation de l'énergie, en supposant aucune perte vers l'environnement). Pour un essai, vérifiez cela à l'aide de Q = mcΔT pour chaque corps.

La physique derrière cette expérience

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