CALORI METRI E-
I NTRODUCTI ON AUX METHODES
D’ANALYSE THERMI QUE
Object if s:
- Aperçu de différentes méthodes d’ « analyse thermique »
- Intérêts/Limites de ces méthodes
- Des exemples d’application …
Evaluat ion: incluse dans le QCM du module mét rologie
CALORI METRI E-
I NTRODUCTI ON AUX METHODES
D’ANALYSE THERMI QUE
Plan:
- 1. La calorimét rie « standard » (rappel???)
- 2. Principe général des méthodes d’analyse thermique
- 3. Analyse Calorimét rique Dif f érent ielle (DSC)
- 4. Analyse Thermogravimét rique (ATG)
Calorimét rie :
« ident if icat ion » des quant ités de chaleurassociées à des phénomènes …
le plus souvent de t ransf ormat ion de la mat ière
Applicat ions pr incipales : - mesur e de la quant it é de chaleur associée à une r éact ion chimique ou à une r éact ion physique
- mesur e de capacit és t her miques/ chaleur s spécif iques
1. Calorimét rie « st andard »
Par exemple : evaluat ion d’un PCI …. Comment f eriez- vous ?evaluat ion d’un Cp…. Comment f eriez- vous ?
Principe général d’un calorimèt re:
Le calorimètre « idéal » est un syst ème f er mé et isolé (pas d’échange de chaleur ni de travail avec l’extérieur)
1. Calorimét rie « st andard »
A : cor ps à ét udierB : cor ps « connu »S : enceint e (calor imèt r e)
T
Calorimètre à pression constante : Q(=0) + Wu = H
Calorimètre à volume constant : Q(=0) + Wu = U
Wu = t r avail aut r e que celui des f or ces de pr ession (i.e. t r avail électrique)
Les calorimèt res peuvent êt re:
- adiabat iques : Tparoi asservie à Tcalorimètre
Wu = H
isopériboliques (quasi- adiabat iques) :
Tthermostat asservie à Tcalorimètre
Qfuite + Wu = H
1. Calorimét rie « st andard »
Exemple de calor imèt r es:Bout eille t her mosVase DewarCalor imèt r e de Ber t helotBombe calor imét r ique
Les calorimèt res peuvent êt re:
- a) adiabat iques : Tparoi asservie à Tcalorimètre
Wu = H
- b) isopériboliques (quasi- adiabat iques) :
limitat ion des f uites, Tenvironnement proche de Tcalorimètre
Qfuite + Wu = H
1. Calorimét rie « st andard »
Exemple de calor imèt r es:Bout eille t her mosVase DewarCalor imèt r e de Ber t helotBombe calor imét r ique
Les calorimèt res peuvent êt re:
- adiabat iques : Tparoi asservie à Tcalorimètre
Wu = H
- isopériboliques (quasi- adiabat iques) :
limitat ion des f uites, Tenvironnement proche de Tcalorimètre
Qfuite + Wu = H
1. Calorimét rie « st andard »
Exemple de calor imèt r es:Bout eille t her mosVase DewarCalor imèt r e de Ber t helotBombe calor imét r ique
1. Calorimét rie « st andard »1. Calorimét rie « st andard »
Exemple de calor imèt r es:Bout eille t her mosVase DewarCalor imèt r e de Ber t helotBombe calor imét r ique
Bombes calorimét riques / calor imèt r e à Appor t Elect r iqueEner gie ext ér ieur e appor t ée : éner gie élect r ique
H = Wu = Eelec = Ri2t
1. Calorimét rie « st andard »
1. Calorimét rie « st andard »
Les calorimèt res peuvent êt re:c) - à mesures de f lux
On mesur e le f lux t her mique gr âce à une « t her mopile »
Photos commerciales
Pr incipe de mét hodes de calcul - Mét hode des mélanges :
- a) dét er minat ion de la capacit é t her mique du cuivr e
- b) dét er minat ion d’une chaleur de r éact ion
- c) dét er minat ion d’une chaleur de f usion
- d) dét er minat ion d’une chaleur de combust ion
1. Calorimét rie « st andard »
Exemple : Applicat ion numér ique
T1= 10 °C T2 = 100 °C Teq = 15 °C
a) Calorimét rie: Déterminat ion de la capacité thermique du cuivre
Calor imèt r e = bout eille t her mos de 0,5 L
1) 260 g d’eau dans calor imèt r e; équilibr e t her mique T1
2) I nt r oduct ion échant illon de cuivr e (masse 175,7 g) à T23) Nouvelle t empér at ur e à l’équilibr e : Teq
Exemple : Applicat ion numér ique
T1= 10 °C T2 = 40 °C Teq = 24,25 °C
a) Calorimét rie: Déterminat ion de la capacit é thermique du cuivre
Nécessité de connaît re la valeur en eau du calorimèt re ( )
Calor imèt r e = bout eille t her mos de 0,5 L
1) 200 g d’eau dans calor imèt r e; équilibr e t her mique T1
2) I nt r oduct ion 200 g d’eau chaude à T23) Nouvelle t empér at ur e à l’équilibr e : Teq
a) Calorimét rie: Déterminat ion de la capacité thermique du cuivre
Evolut ion Tempér at ur e du calor imèt r e: cas idéal – cas r éel
temps
Température
Teq
T1
temps
Température
Teq
T1
Estimation d’un terme de perte dans le bilan
Exemple : Applicat ion numér ique
T1= 22,2 °C T2 = 22,3 °C Teq = 34,1 °C
b) Calorimét rie: Déterminat ion de la chaleur de réact ion : réact ion acido- basique
Calor imèt r e (valeur en eau = 88,5 J / K)
1) 200 ml d’une solut ion acide dans calor imèt r e; équilibr e t her mique T1
2) I nt r oduct ion de 200 ml d’une solut ion basique (à T2)3) Nouvelle t empér at ur e à l’équilibr e : Teq
c) Calorimét rie: Déterminat ion d’une chaleur de f usion
Dans un calor imèt r e : -1) masse m1 d’eau à T1-2) int r oduct ion d’une masse m2 de glace à T2 < 0°C
Élévat ion de la t empér at ur e de glace et f usion …
Q1 = m2 Cg (0 - T2) + L + m2 Ce (Te – 0)
Chaleur per due par l’eau …
Q2 = m1 Ce (Te – T1) Q1 + Q2 = 0
d) Calorimét rie: Dét er minat ion d’une chaleur de combust ion dans une bombe calor imét r ique. Cas d’un combust ible liquide
Syst ème ét udié : O2 + combust ible (m gr ammes)Calor imèt r e : Bombe + eau (M gr ammes)
Q(comb) : chaleur mise en j eu pour m gr amme de pr oduit à volume const ant (Qv) (Var iat ion d’éner gie int er ne).
Qp ˜ Qv + ? n(gaz)RT
On peut en déduir e la chaleur de combust ion à pr ession const ant e (Qp) (Var iat ion d’ent halpie) :
Mise à f eu de la r éact ion ….
A l’équilibr e:
d) Calorimét rie: Dét er minat ion d’une chaleur de combust ion dans une bombe calor imét r ique. Cas d’un combust ible liquide
Bombe : O2 + combust ible (m gr ammes)Calor imèt r e : Bombe + eau (M gr ammes)
Q(comb) : chaleur mise en j eu pour m gr amme de pr oduit à volume const ant (Qv) (Var iat ion d’éner gie int er ne).
Qp ˜ Qv + ? n(gaz)RT
On peut en déduir e la chaleur de combust ion à pr ession const ant e (Qp) (Var iat ion d’ent halpie) :
Mise à f eu de la r éact ion ….
A l’équilibr e:
CALORI METRI E-
I NTRODUCTI ON AUX METHODES
D’ANALYSE THERMI QUE
Plan:
- 1. La calorimét rie « standard » (rappel?)
- 2. Principe Général des méthodes d’analyse thermique
- 3. Analyse Calorimét rique Dif f érent ielle (ACD ou DSC)
- 4. Analyse Thermogravimét rique (ATG)
L’analyse t her mique désigne t out e t echnique de mesur es où le changement d’une propriété d’un échant illon est lié à une variat ion de température imposée
Dans la pr at ique, on peut dist inguer : • les cas où est enr egist r ée une gr andeur suit e à une évolut ion imposée de la t empér at ur e au cour s du t emps (échelons, r ampes, sinusoïdes, et c…)• les cas où une t empér at ur e const ant e est imposée
2. Principe des méthodes d’analyse thermique
Ef f et s de la t empér at ur e sur la mat ièr e
Propriété mesurée Technique
Chaleur Analyse calorimétrique Différentielle à Balayage (DSC)
Dif f ér ence de Tempér at ur e Analyse Thermique Différentielle (ATD)
Masse Analyse Thermogravimétrique (ATG)
Dimension Analyse Thermomécanique (ATM)
2. Principe des méthodes d’analyse thermique
Par exemple …
CALORI METRI E-
I NTRODUCTI ON AUX METHODES
D’ANALYSE THERMI QUE
Plan:
- 1. La calorimét rie « standard » (rappel?)
- 2. Principe Général des méthodes d’analyse thermique
- 3. Analyse Calorimét rique Dif f érent ielle (DSC)
- 4. Analyse Thermogravimét rique (ATG)
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