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LU1MEPY1 TP/RP p 1 TP/RP 3 Mesure de la capacité thermique de l’eau : préparati

LU1MEPY1 TP/RP p 1 TP/RP 3 Mesure de la capacité thermique de l’eau : préparation de l’expérience Préambule Ce TP/RP est le premier d’une série de deux séances consacrées à la thermodynamique. Le but est de mesurer une grandeur thermodynamique, la capacité thermique massique de l’eau. Vous réaliserez cette mesure par vous même, à la maison à l’aide d’un matériel simple et d’un protocole précis que vous aurez vous-même élaboré. La première des deux séances en salle de TP a pour but de vous préparer à la manipulation que vous ferez chez vous. La seconde consistera en une séance de restitution des travaux des diﬀérents groupes et en une discussion critique 1. La première partie de la séance de TP/RP 3 est de type résolution de problème : à partir d’une ex- périence réalisée par votre enseignant, vous déterminerez par vous même, en suivant une méthodologie comparable à la RP "Ballons" (TP/RP 2), la capacité thermique de l’eau et discuterez les incertitudes associées. Dans la seconde partie, vous réﬂéchirez à comment améliorer le résultat de l’expérience faite par l’enseignant, ce qui vous conduira dans une troisième partie à élaborer le protocole d’expérience que vous suivrez chez vous. Vous le discuterez avec votre enseignant. Vous réﬂéchirez à quelle(s) autre(s) grandeur(s) thermodynamique(s) vous pourriez mesurer en plus de la mesure de la capacité thermique de l’eau. Important : vous devrez vous organiser par vous mêmes pour la réalisation des manipulations à la maison. Ces manipulations doivent être faites en binôme, pas seul. Vous aurez besoin d’une bouilloire du commerce par binôme et d’un chronomètre (celui d’un smartphone convient parfaitement). Introduction : expérience En début de séance, votre enseignant remplit une bouilloire électrique avec 1 litre d’eau. Chaque binôme possède un chronomètre. Au top de l’enseignant, vous démarrez le chronomètre et l’enseignant met la bouilloire en fonctionnement. Il signale par un second top l’instant où l’eau commence à bouillir. 1. Déterminez le temps ∆t mis par l’eau pour arriver à ébullition et l’incertitude associée. 2. Les résultats de chaque binôme sont relevés par l’enseignant. Discutez la dispersion de ces résul- tats. Partie 1. Exploitation de la mesure de durée A l’aide de la mesure que vous venez d’eﬀectuer, vous allez déterminer la capacité caloriﬁque de l’eau. Pour cela, vous mettrez en oeuvre la méthode de “résolution de problème” vue dans la séance de TP précédente. Il vous faut donc notamment : — représenter la situation physique par un dessin/schéma, — identiﬁer les grandeurs physiques qui vous paraissent importantes pour répondre à la question, leur donner un nom et déterminer leur valeur (si vous ne la connaissez pas, vous l’estimez) — énoncer la/les lois physiques qui vous paraissent pertinentes (nom, énoncé, équation). 3. Déterminez la capacité thermique de l’eau. Décrire les étapes vous ayant mené à ce résultat. 1. Du fait de la crise sanitaire, la restitution se fera sous forme d’une présentation qui devra être retournée au format PDF via Moodle à votre enseignant SU Mecanique Physique 1 2020-2021 LU1MEPY1 TP/RP p 2 4. Quelle est selon vous l’incertitude sur la valeur que vous avez obtenue ? Pour le savoir, déterminez les incertitudes des diﬀérentes valeurs numériques que vous avez utilisées, l’incertitude du résultat ﬁnal est de l’ordre de la plus grande de ces valeurs. Partie 2. Discussion du résultat 5. Déterminez tous les points qui pourraient être source d’erreur dans le résultat. Il peut s’agir soit de points concernant le protocole expérimental choisi, soit d’eﬀets physiques qui n’ont pas été pris en compte et qui pourraient être des sources potentielles d’erreurs. Partie 3. Élaboration d’un protocole pour améliorer la mesure 6. Pour chaque source d’erreur relevant d’un eﬀet physique non pris en compte, proposer une esti- mation de l’erreur faite. 7. Pour chaque source d’erreur relevant du protocole expérimental, proposer un protocole de mesure permettant de l’éliminer ou de la réduire. Attention : il s’agit d’expériences que vous aurez à faire chez vous, il faut donc que les protocoles proposés soient réalisables avec le matériel dont vous disposez. (Les thermomètres de cuisine sont par exemple assez rares !) 8. Quelle autre grandeur thermodynamique pourriez-vous mesurer ? Avec quel protocole ? Vous devez terminer cette séance avec un plan clair et détaillé des manipulations à réaliser chez vous. Sécurité : aussi simples que soient les expériences que vous allez réaliser, ne sous-estimez pas le risque de brûlure suite à une mauvaise manipulation. Vous pouvez porter une paire de gants. Si vous utilisez la bouilloire capot ouvert, ne la remplissez pas au-delà de la moitié pour éviter des projections d’eau bouillante. Préparation de la séance TP/RP 4 : vous présenterez en binôme les résultats des expériences faites à la maison lors de la prochaine séance. Lisez bien la ﬁche du TP/RP 4 pour préparer au mieux cette séance. 2 2. Du fait de la crise sanitaire, la restitution de votre travail à la maison se fera sous la forme d’une présentation que vous remettrez au format PDF via Moodle à votre enseignant. La lecture de la ﬁche TP/RP 4 vous popose une méthodologie à suivre pour la rédaction de votre présentation SU Mecanique Physique 1 2020-2021 LU1MEPY1 TP/RP p 3 TP/RP 4 Mesure de la capacité thermique de l’eau : présentation des résultats obtenus à la maison Déroulement de la séance Le but de cette séance est, pour chaque binôme, de présenter les résultats des expériences réalisées à la maison. Chaque binôme dispose de 7 minutes pour présenter oralement ses résultats. Une discussion de 5 minutes avec l’enseignant et l’ensemble du groupe suivra. Cette présentation sera évaluée. Consigne pour la préparation de la présentation : vous préparerez 6 diapositives : 2 pour la présen- tation du protocole ; 2 pour la présentation des résultats ; 2 pour la discussion/analyse des résultats. Les diapositives seront au format pdf. Méthodologie Pour vous aider à préparer cette séance, voici un canevas de présentation que vous pouvez suivre et/ou adapter : 1. Présentation des objectifs ﬁxés (quelles manipulations ont été réalisées). 2. Pour chaque manipulation (ou ensemble de manipulations) réalisée : décrire le protocole, expli- quer les conditions de réalisation et comment s’est déroulée la manipulation. 3. Pour chaque manipulation (ou ensemble de manipulations), présenter les résultats : par exemple, tableau des mesures, graphe. Donner les résultats et discuter les incertitudes. Comparer le cas échéant à une valeur tabulée (valeur de référence) pour la grandeur mesurée. 4. Conclure sur la pertinence du résultat. SU Mecanique Physique 1 2020-2021 uploads/Sante/ tp-rp-3-4.pdf