On va calculer le rendement de divers appareils électriques (résistance, plaque, four micro-ondes) utilisés pour augmenter de x°C la température d’un volume déterminé d’eau (sans changement d’état).
par George Siles, Marco Sortino
« CEC Nicolas-Bouvier
Laboratoire de Sciences Naturelles »
But :
Déterminer quel est le meilleur moyen pour chauffer 3dl d’eau à 100°C.
Les moyens à disposition sont :
– A) Four à micro-ondes.
– B) Plaque électrique chauffante.
– C) Bonbonne de gaz (propane/butane)
– D) Bouilloire électrique
| Appareil | Mesures |
|---|---|
| Four à micro-ondes | Puissance W |
| Plaque chauffante | Energie Kwh -> Temps |
| Réchaud à gaz | Masse de gaz brûlé gr |
| Bouilloire | Energie |
Réchaud à Gaz
550,45 g (bécher avec l’eau)
278,79 g (Réchaud à gaz avant d’avoir chauffé le bécher avec l’eau)
273,84 g (Réchaud à gaz après d’avoir chauffé le bécher avec l’eau)
Masse de gaz brûlé : 278,79 - 273,84= 4,95 g
Température de l’eau avant de l’avoir chauffée : 19 °
Température de l’eau après l’avoir chauffée : 60 °
Nous avons laissé chauffer l’eau dans un bêcher pendant un certain temps (que nous avons trouvé assez long) jusqu’à ce que la température de l’eau atteigne 60°.
Une fois que nous avons trouvé la masse de gaz brûlé (qui correspond à la quantité de combustible qui a été brûlée), nous devons faire une règle de trois qui nous permettra de trouver l’énergie fournie.
1 g -> 46’000 J
4,95 g -> x J
| Efournie | 4,95*46’000 = 227’000 J | |
| Ereçue | 0,55045 Kg*4180*41°(60 -19) | = 94’336,12 J |
$Rendement = \frac{E_{reçue}}{E_{fournie}}$ * 100
| Rendement | 94’336,12 J / 227’700 J *100 |
|---|
| 41,43 % |
|---|
Four à micro-ondes
Bêcher contenant l’eau : 523,09 g
Température de l’eau avant de la mettre au four : 20 °
Température de l’eau après l’avoir mise au four : 35 °
Pour trouver l’énergie fournie, nous avons besoin de connaître la puissance du four (ici elle est égale à 1045 W), et comme nous avons chauffé l’eau pendant 40 secondes, nous faisons ce calcul :
E fournie = Puissance * Temps
Maintenant, nous devons trouver l’énergie reçue grâce à cette formule :
| Efournie | 1045W * 40s = 41’800 J |
| Ereçue | 4180*0.552309kg*15° (35°-20°) = 32’797.14 J |
$Rendement = \frac{E_{reçue}}{E_{fournie}}$ * 100
| Rendement | 32’797.14 J / 41’800 J *100 |
|---|
| 78.46 % |
|---|
Plaque chauffante
Bêcher contenant l’eau : 523,03 g
Energie = 0.06 Kwh (à transformer plus tard en Joules )
On estime l’incertitude à 0.01 kwh
Température de l’eau avant de l’avoir chauffée : 25 °
Température de l’eau après l’avoir chauffée : 80 °
Pour transformer 0.06 Kwh en Joules, il faut faire une règle de trois :
1 Kwh -> 3’600’000 J
0.06 Kwh -> X J
| Efournie | 0.06 * 3’600’000 = 216’000 J | |
| Ereçue | 0,52303 Kg * 4180 * 55°(80 - 25) | 120’244.60 J |
$Rendement = \frac{E_{reçue}}{E_{fournie}}$ * 100
| Rendement | 120’244.60 J / 216’000 J *100 |
|---|
| 55.67 % |
|---|
Bouilloire
Poids de la bouilloire sans eau = 570 g
Poids de la bouilloire avec de l’eau = 1’273,8 g
Durée qu’a mis l’eau pour bouillir = 2 min 23 (= 143 s)
Puissance de la bouilloire = 1975 W
Température de l’eau avant qu’elle bout : 25 °
| Efournie | 1975 W * 143 s = 282’425 J |
| Ereçue | (1273.8g - 570g)[0.7038 kg]*4180*85°(100° - 25°)= 250’060.14 J |
$Rendement = \frac{E_{reçue}}{E_{fournie}}$ * 100
| Rendement | 250’060.14 J / 282’425 J *100 |
|---|
| 88.54 % |
|---|
LES OUTILS QUE NOUS AVONS UTLISÉ POUR RÉALISER CETTE EXPÉRIENCE :
Indicateur de puissance
Chronomètre = Sert à mesurer le temps que met l’eau à bouillir
Thermomètre = Il nous a permis de mesurer la température de chaque expérience.
« Conclusion »
Nous pouvons donc, conclure que le moyen le plus rapide pour bouillir l’eau à 100 ° est la bouilloire, et c’est aussi le moyen qui gaspille le moins d’énergie vu qu’il a le meilleur rendement !
“Travail fait par :”
George Siles & Marco Sortino
