Transcription de la vidéo
Une expérience est réalisée en utilisant la calorimétrie pour comparer la chaleur libérée par une gamme de combustibles différents. Lequel des facteurs suivants n'a pas besoin d'être maintenu constant lorsqu'on répète l'expérience pour chaque combustible différent ? (A) la température de départ de l’eau. (B) le volume d’eau. (C) le même brûleur et mèche. (D) le thermomètre. (E) la masse de combustible brûlé.
La calorimétrie est l’étude du transfert de chaleur lors de changements physiques et chimiques. On nous dit que le but de l’expérience de calorimétrie dans cette question est de comparer la chaleur dégagée par différents combustibles. Nous allons donc observer un changement chimique dans cette expérience. Les combustibles seront brûlés, provoquant une réaction exothermique de combustion et dégageant de la chaleur. Au cours de l’expérience, nous devrons utiliser un calorimètre, qui est un dispositif utilisé pour mesurer la chaleur transférée.
La configuration suivante pourrait être utilisée pour une expérience comme celle-ci. Un brûleur contenant le combustible à tester est placé sous un calorimètre contenant de l’eau. Le calorimètre est muni d'un couvercle isolant et d'un thermomètre dont le bulbe se trouve sous la surface de l'eau. La mèche est allumée. Et pendant que le combustible brûle, la chaleur est transférée à l'eau à travers les parois métalliques du calorimètre. Cela provoque une augmentation de la température de l’eau, que nous pouvons mesurer à l’aide du thermomètre.
Nous pouvons utiliser l'augmentation de température causée par la combustion de chaque combustible pour calculer la quantité de chaleur libérée par le combustible et transférée à l'eau. Pour effectuer ce calcul, nous devons également connaître la masse de l'eau dans le calorimètre et la chaleur spécifique de l'eau, qui a une valeur de 4,18 joules par gramme degrés Celsius. Nous pouvons reconnaître cela comme l’équation généralement utilisée dans les expériences de calorimétrie.
Dans l'expérience de ce problème, 𝑞 représente la chaleur libérée par le combustible et transférée à l'eau. Nous pouvons calculer 𝑞 en multipliant la masse d’eau dans le calorimètre par la chaleur spécifique de l’eau et la variation de température. Lorsque l'on compare les combustibles, plus l'augmentation de température observée est importante, plus l'énergie libérée par le combustible est élevée. Cependant, nous ne pouvons effectuer cette comparaison que si la masse de chaque combustible brûlé est la même. De plus, nous supposons qu'aucune chaleur transférée au calorimètre ne s'échappe dans l'environnement et que les autres équipements présents, comme le thermomètre, n'absorbent aucune chaleur.
Dans de nombreuses expériences, il est très important que l’expérience soit menée dans des conditions de test équitables. Cela signifie que les conditions et la configuration utilisées pour la combustion de chaque combustible doivent être contrôlées et aussi similaires que possible. Puisque nous savons maintenant que le but de l'expérience est de mesurer et de comparer l'augmentation de la température de l'eau due aux combustibles, nous devons maintenir constante la masse de l'eau dans le calorimètre lors de la combustion de chaque combustible. L’eau a une masse volumique constante. Donc, si nous connaissons le volume de l’eau, nous pouvons calculer sa masse. En sachant cela, nous pouvons éliminer le choix de réponse (B).
Nous devons également utiliser la même masse de chaque combustible. En sachant cela, nous pouvons éliminer le choix de réponse (E). La chaleur spécifique de l’eau est une valeur constante, donc ce n’est pas une variable que nous devons maintenir constante. Il est également important de réfléchir aux conditions de départ de l’expérience. Idéalement, au début de chaque expérience, le calorimètre et l'eau dans le calorimètre devraient commencer à la même température. Et les combustibles à brûler devraient également commencer à la même température initiale. En sachant cela, nous pouvons éliminer le choix de réponse (A).
Bien entendu, nous voulons aussi utiliser le même équipement pour brûler chaque combustible. Nous devrions utiliser le même brûleur et la même mèche pour brûler chaque combustible. Nous devrions également utiliser le même calorimètre si possible et le même type d'isolation. Par conséquent, nous pouvons éliminer le choix de réponse (C). Cela ne laisse que le choix de réponse (D). Bien que nous puissions certainement utiliser le même thermomètre pour chaque expérience, ce n'est pas obligatoire. Un thermomètre est un appareil de mesure standard, ce qui signifie que nous pouvons utiliser différents thermomètres et obtenir la même lecture de température.
En conclusion, le facteur qui n'a pas besoin d'être maintenu constant lorsqu'on répète l'expérience pour chaque combustible différent est le thermomètre, soit le choix de réponse (D).
