Mesurer la chaleur avec un calorimètre de type gobelet
Plonger un bloc métallique chaud dans l’eau d’une tasse isolée et en déduire la chaleur massique du métal via q = mcΔT.
Objectif
Appliquer q = mcΔT à l’eau et au métal, puis extraire la chaleur massique du métal à partir du ΔT mesuré.
Matériel et réactifs
Gobelet en mousse isolante, thermomètre, balance, 50 g d’eau et des blocs d’Al, Cu et Pb (~25 g) chauffés au bain-marie.
Procédure
- Peser 50 g d’eau dans la tasse isolée et noter sa température, T₁ = 25,0 °C.
- Chauffer un bloc métallique de 25 g vers 95 °C au bain-marie, puis le transférer rapidement dans la tasse.
- Agiter doucement et lire la température maximale stable T₂.
- Recommencer avec les autres métaux et comparer les valeurs de ΔT.
À observer
- L’élévation de température diffère nettement selon le métal : Al chauffe l’eau de ≈ 7,5 K, Cu de ≈ 3,3 K et Pb de seulement ≈ 1,1 K, à masse et température initiale égales.
- Le thermomètre grimpe vite puis plafonne — l’équilibre thermique où la chaleur cédée par le métal égale celle gagnée par l’eau.
Explication
En négligeant les pertes, q_métal = −q_eau, donc m_m·c_m·(T₂−95) = −m_e·c_e·(T₂−25). La résolution en c_m redonne 0,90 ; 0,39 et 0,13 J g⁻¹ K⁻¹ pour Al, Cu et Pb : une faible chaleur massique signifie qu’une même masse stocke moins d’énergie thermique. Dans une tasse réelle, quelques pourcents de chaleur s’échappent ou sont absorbés par la tasse, donc le ΔT mesuré est légèrement sous-estimé.
Histoire de l’expérience
Chimistes associés
Sujets liés
Expérience virtuelle : un modèle simplifié pour construire l’intuition. Elle ne remplace ni le travail réel en laboratoire ni la formation à la sécurité ; ne la reproduisez pas chez vous sans encadrement.