Travaux pratiques de physique

							                                  Travaux pratiques de physique
                          Transfert d’énergie et variation d’énergie interne

Introduction

On appelle énergie interne, l’énergie emmagasinée par un système, autre que l’énergie cinétique
macroscopique et l’énergie potentielle due à l’action des corps extérieurs. Elle est notée U.

Nous allons représenter les transferts d’énergie par des schémas simplifiés : les diagrammes
d’énergie :

1) On représente symboliquement les objets en traçant les boucles ci-dessous.
          Le nom de l’objet figure toujours à
l’intérieur.
          La boucle de gauche, verticale, représente
un objet dont on étudie le comportement du point                                                Nom
de vue énergétique soit parce que son capital
énergétique varie, soit parce qu’il transforme de
l’énergie.                                               Nom
          La   boucle    de     droite,   horizontale,
représente un objet extérieur que l’on n’étudie pas
mais qui intervient dans les transferts d’énergie.

2) Les formes d’énergies                                                       Nature de l'énergie
capitalisées par un objet et qui                                                    qui varie
varient (ou sont susceptibles de                                                 (ici cinétique)
varier) entre deux états A et B
                                    Valeur finale de l'énergie
sont représentées dans la
                                         (en trait plein)                 ECB
boucle de l’objet par des
colonnes (une par catégorie
                                                                                           flèche qui indique
d’énergie)         partiellement
                                                                                          le sens de variation
remplies comme indiqué ci-          Valeur initiale de l'énergie          ECA             de l'énergie stockée
dessous :                                (en pointillés)


3) On représente un
transfert     d’énergie
par une ligne joignant
les    objets     entre                                                  transfert
lesquels il se fait. Le                         Transfert utile            inutile
mode de transfert est          Nom                                                             Nom
indiqué et la ligne est
orientée dans le sens                                              Nom
du transfert.

Exercice : Tracer le diagramme d’énergie lors d’un smash d’un joueur de volley sur un ballon

Lime sur tube en cuivre

Mesurer la température du tube de cuivre avant l’expérience. Noter cette température θA en °C.

Frotter de manière vive le tube pendant au moins 30 s.

Mesurer la température du tube de cuivre après l’expérience. Noter cette température θ B en °C.

Sous quelle forme l’énergie se retrouve-t-elle dans le cuivre ?

Quel est ici le mode de transfert de l’énergie ?

Tracer le diagramme d’énergie lors de cette expérience.
Expérience de Tyndall (1820-1893)

On frotte le tube rempli de liquide avec le
caoutchouc. Le tube est fermé avec un bouchon.

Noter une observation.

Quel est ici le mode de transfert de l’énergie ?

Sous quelle forme l’énergie se retrouve-t-elle dans le
liquide ?

Quel est le résultat de ce changement ?

Que cela implique-t-il dans les appareils et outils de
tous les jours ?

Tracer le diagramme d’énergie lors de cette
expérience.


Transfert d’énergie entre deux béchers

Remplir l’un des béchers avec de l’eau chaude, l’autre avec de l’eau froide. Placer les béchers dans le
polystyrène, mettre le « pont » en métal, les deux thermomètres, déclencher le chronomètre, relever
les températures pendant 5 minutes toutes les 30 secondes.

      t (s)          30       60       90      120       150    180      210      240     270      300
θbécher chaud (°C)
θbécher froid (°C)

Tracer sur un seul graphique l’évolution des températures de chaque bécher en fonction du temps.

Quel est le rôle du polystyrène ?

Quel est le rôle de la plaque métallique ?

En déduire le sens de variation de l’énergie interne de l’eau chaude et de l’eau froide au cours de
l’expérience.

C’est un transfert d’énergie par transfert thermique appelé aussi chaleur, noté Q.

Tracer le diagramme d’énergie lors de cette expérience avec l’étude des deux béchers.

Transfert d’énergie sur des couleurs différentes

Eclairer avec la même lampe deux objets métalliques, l’un peint en noir, l’autre peint en blanc.
Mesurer les températures des deux objets au bout de quelques minutes.

Faire une observation.

Par quel mode l’énergie de la lampe se transmet-elle ?




Que peut-on en conclure quant à l’importance de la couleur d’un objet lors du phénomène
d’absorption ?

Tracer le diagramme d’énergie lors de cette expérience avec l’étude des deux béchers.