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39 L'expérience de Joule
L'inventeur
de l'effet Joule.
James Prescott Joule (1818-1889)
Joule est un physicien anglais qui a
particulièrement travaillé sur les liens
entre énergie mécanique et énergie
thermique. On raconte qu'il passa une
grande partie de sa lune de miel dans
les Alpes à étudier une chute d'eau,
établissant que la température de
l'eau mesurée au pied de la chute est
supérieure à la température mesurée
en haut de la chute.
Questions
1. En haut d'une cascade, l'eau possède de l'énergie
potentielle et de l'énergie cinétique.
En bas de la cascade, la température de l'eau est plus
élevée qu'en haut de la cascade.
Choisir entre les deux propositions:
a. À la fin de la chute, une partie de l'énergie cinétique
a été transformée en énergie thermique.
b. À la fin de la chute, une partie de l'énergie potentielle
a été transformée en énergie thermique.
2 Joule a également mis en évidence l'effet qui porte
son nom : le dégagement de chaleur par une résistance
traversée par un courant électrique.
Le « poids » (de masse m = 25 kg) fait tourner l'hélice dans
l'eau par l'intermédiaire des poulies. Le thermomètre
mesure l'élévation de température qui en résulte.
Il faut transférer une quantité d'énergie thermique
de 4 187 J à une masse de 1 kg d'eau pour l'élever
de 1 °C.
Questions
2. Sous quelle forme la masse possède-t-elle de
l'énergie lorsqu'elle est en A ?
3. Le point A est situé 2 mètres au-dessus de B.
On va faire tomber la masse plusieurs fois de A en B.
a. Quel est le nom et le symbole de l'unité d'énergie ?
b. Rappeler quelle est l'expression de l'énergie
potentielle et calculer l'énergie potentielle de la masse
lorsqu'elle est en A. On donne g = 10 N/kg.
Hélice
Thermomètre
Poulie
A
Masse
qui descend
Eau
B
Expérience de Joule reproduite au laboratoire.
c. Combien de fois faut-il faire tomber la masse de A
en B pour élever la température de 1 kg de 1 °C?
4. Tandis que la masse tombe, l'hélice tourne et la
température de l'eau s'élève.
a. Préciser les trois formes d'énergies mises en jeu
dans cette expérience. Justifier que, dans chaque cas,
l'énergie est bien sous la forme citée.
b. Proposer une représentation des transferts et
conversions d'énergie entre la masse, l'hélice et l'eau.
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66 Dès la fin du XVIIIe siècle, on a fait l'hypothèse que
la température mesure l'agitation des particules qui
constituent la matière. Plus l'agitation des particules
est grande, plus la température est élevée. 99
Interprétation microscopique de la température.
Questions
5. a. Rappeler quelle est la représentation microscopique
de l'eau liquide. On peut faire un schéma.
b. Expliquer si l'expérience de Joule illustre le
lien entre température et agitation des particules
constituant la matière.
Chapitre 9. Sources et formes d'énergie
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