Comment mesurer l'énergie thermique dégagée par une flamme?

La quantité d'énergie libérée par une flamme particulière diffère selon le combustible brûlé.

Quand quelque chose brûle, il libère de l'énergie sous forme de chaleur et de lumière. La quantité d'énergie libérée par une flamme particulière diffère selon le combustible brûlé. Vous pouvez tester la quantité d'énergie libérée par un carburant en mesurant le changement de température que la flamme crée dans un récipient d'eau. L'un des moyens de mesurer l'énergie consiste à construire un calorimètre, qui mesure la quantité de chaleur impliquée dans une réaction chimique ou un processus thermique.

Partie 1 sur 3: Construire un calorimètre simple

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Mesurez l'eau avec un cylindre gradué. Il est important de savoir exactement combien d'eau vous utilisez. Cela vous permettra de calculer la quantité d'énergie utilisée pour chauffer l'eau. Utilisez un cylindre gradué pour mesurer avec précision 100 millilitres (3,4 fl oz) d'eau pour l'expérience. Enregistrez ce montant dans un cahier.
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Versez l'eau dans une canette de soda. Une canette de soda en aluminium conduira la chaleur plus efficacement qu'un cylindre en verre. Veillez à ne pas renverser d'eau. Il est important que la quantité d'eau que vous avez enregistrée soit correcte.
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Réglez la canette sur votre source de carburant. Étant donné que la chaleur augmente, vous obtiendrez le plus de transfert de chaleur si la canette est placée directement au-dessus de la source de carburant. Utilisez un support ou construisez un appareil simple pour maintenir la boîte de 6 à 8 centimètres (2,4 à 3,1 pouces) au-dessus de la source de carburant. Utilisez du métal pour maintenir la boîte en place.
- Des matériaux comme le bois ou le plastique peuvent fondre ou prendre feu, assurez-vous donc d'utiliser des matériaux ignifuges pour construire le support.

Enregistrez la température finale à utiliser pour calculer l'énergie libérée en brûlant le carburant.

Partie 2 sur 3: mesure des changements de température

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Mesurez la température initiale de l'eau. Sans la température initiale de l'eau, vous ne pourrez pas savoir quelle quantité de chaleur a été absorbée. Mettez un thermomètre dans l'eau et prenez une lecture. Écrivez la lecture pour que vous vous en souveniez exactement.
- Par exemple, votre lecture initiale pourrait être de 20°C. Il est préférable de prendre la mesure en degrés Celsius, car cela simplifiera vos calculs plus tard.
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Allumez le carburant sous l'eau. Utilisez une allumette ou un briquet pour griller pour allumer le carburant. Les carburants courants à tester comprennent l'huile d'arachide, l'huile végétale, le méthanol ou l'éthanol. Cette étape doit être effectuée par ou avec un adulte superviseur.
- Portez des gants et des lunettes pour protéger vos yeux et vos mains.
- Avant d'allumer le carburant, élaborez un plan de sécurité en cas de problème ou de propagation du feu. Gardez un extincteur à proximité.
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Prenez une lecture finale de la température de l'eau. Une fois que tout le carburant a brûlé ou que vous l'avez éteint, vous aurez besoin d'une deuxième lecture de température. Utilisez le même thermomètre et insérez-le dans l'eau. Enregistrez la température finale à utiliser pour calculer l'énergie libérée en brûlant le carburant.
- Votre lecture finale doit être supérieure à votre lecture initiale. Par exemple, elle peut être d'environ 24°C, en fonction de votre carburant.

Partie 3 sur 3: calcul de l'énergie libérée

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Trouvez la différence de température. Soustrayez la température initiale de la température finale. Cela vous dira à quel point la température de l'eau a été modifiée par le combustible brûlant en dessous. Convertissez ce nombre en Celsius si vos mesures n'étaient pas en Celsius.
- Vous pouvez convertir un nombre de Fahrenheit en Celsius en utilisant l'équation $C = (f-32) x0,56$ où C est la température en Celsius et F est la température en Fahrenheit.
- Un exemple est 24°C (75, -17°C) - 20°C (68, -18°C) = 4°C (39, -17°C).
Vous pouvez tester la quantité d'énergie libérée par un carburant en mesurant le changement de température que la flamme crée dans un récipient d'eau.
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Multipliez la différence de température par la chaleur spécifique de l'eau. La chaleur spécifique de l'eau est la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température d'un gramme d'eau de 1 degré Celsius. Pour l'eau, la chaleur spécifique est de 1 calorie par gramme Celsius. Cela signifie qu'il faut 1 calorie pour chauffer 1 gramme d'eau de 1 degré Celsius.
- L'unité de chaleur spécifique s'écrit 1 calorie / (gramme x degrés Celsius).
- En multipliant cela par la différence de température, on obtient 4°C x 1 calorie / (gramme x degré Celsius) = 4 calories / gramme.
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Tenez compte de la masse de l'eau. Maintenant, multipliez le produit de la différence de chaleur et de la chaleur spécifique par la quantité d'eau que vous avez utilisée. Notez que 1 mL d'eau équivaut à 1 gramme d'eau. Assurez-vous que vous utilisez les grammes unitaires.
- Cela donnera votre libération énergétique: 4 calories / gramme x 100 grammes = 400 calories.
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Sachez que votre système perd de l'énergie. Bien qu'une partie de la chaleur dégagée monte directement dans l'eau, votre système n'est pas parfait. Une partie de la chaleur sera perdue dans l'air ambiant. Une petite quantité de chaleur sera également absorbée par la boîte elle-même. Il n'y a pas grand-chose à faire pour compenser la perte de chaleur.
- Si vous essayez de faire des expériences très précises, vous pouvez investir dans un calorimètre commercial, mais même dans ce cas, les résultats peuvent ne pas être efficaces à 100%.

L'un des moyens de mesurer l'énergie consiste à construire un calorimètre, qui mesure la quantité de chaleur impliquée dans une réaction chimique ou un processus thermique.

Conseils

Fixez soigneusement la boîte sur un support pour vous assurer qu'elle ne bascule pas ou ne tombe pas sur la flamme. Assurez-vous également que la boîte ne se trouve pas à proximité de l'ordinateur portable. Assurez-vous également que la canette ne touche pas la flamme. Il devrait y avoir un espace entre eux.

Mises en garde

Les vapeurs de certaines substances sont toxiques. Si vous n'avez pas de hotte que vous savez utiliser, tenez-vous-en aux combustibles ménagers comme les bougies.
Le feu est extrêmement dangereux et vous pouvez vous brûler facilement. Soyez prudent et gardez toujours un extincteur à portée de main.

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