ETUDE DU CHANGEMENT D’ETAT DU CYCLOHEXANE

But : Mesurer la température du cyclohexane lors de sa solidification et de sa fusion.

Expérience :

On réalise un mélange réfrigérant eau-glace-sel dont la température est proche de –6 °C.

On place dans un tube à essais environ 5 cm³ de cyclohexane dans lequel plonge la sonde maintenue éloignée des parois du tube, et on observe l’évolution de la température.

I- Utilisation d’une sonde de température :

1) Caractéristique q = f(U) :

Alimenter la sonde de température entre 0 V (fil noir) et 15 V (fil rouge). Placer une résistance de 270 kW entre la sortie (fil marron) et le (-15 V). Placer un voltmètre à la sortie de la sonde sur le calibre 2V.

Pour tracer la caractéristique de la sonde, on mesure la tension de sortie U, pour plusieurs valeurs de la température. On utilisera le tableur de Synchronie dans lequel on entrera les valeurs de q (Téta) et U.

q(°C)
U(V)

Tracer la courbe q = f(U). Faire la modélisation.

Conclusion:

2) Utilisation du module CAN avec le capteur de température :

Ø Placer l’interrupteur du module CAN en position 0-5V.

Ø Choisir l’option « Caractéristiques du module CAN » du menu « Mesures » et sélectionner « 0-5V ».

Ø Relier la sortie du capteur de température à l’entrée analogique du module CAN.

Ø Choisir l’option « Etalonnage du module CAN » : mode d’étalonnage statique.

Première valeur 0 V X= (en °C)

Seconde valeur 0,2 V Y= (en °C)

Unité °C

Ø Choisir l’option « Test » du menu « Mesures ».

Ø Tenir la sonde du capteur de température entre les doigts et noter les valeurs affichées successivement à l’écran.

Ø Quel est le pas de la mesure de température ?

Ø A quel pas en tension cela correspond-il ?

Ø Comparer à la valeur du pas d’un convertisseur 12 bits, conclusion :

Pour augmenter la précision des mesures il faut diminuer le pas, on peut pour cela amplifier la tension fournie par le capteur de température par un coefficient 10 à l’aide d’un montage amplificateur non-inverseur.

Quelle est alors la tension qui correspond à une température de 20°C?

Montage :

Ø Régler P pour obtenir U_s = 10 x U.

Ø Pour une sonde à la température q = 20,0 °C, on a U= ………V et U_S= ………V.

Ø Choisir l’option étalonnage du module, mode d’étalonnage statique

Première valeur 0 V X= (en °C)

Seconde valeur 0,2 V Y= (en °C)

Unité °C

Ø Choisir l’option « Test » du menu « Mesures ».

Ø Tenir la sonde du capteur de température entre les doigts, quel est alors le pas de la mesure de température?

Solution retenue POUR l’expérience:

Pour relever les courbes de la température q en fonction du temps (q = f(t)), on utilisera la carte d’acquisition reliée au boîtier « Multi-Ex » qui possède un convertisseur 12 bits ; ceci permet d’améliorer sensiblement la précision des mesures.

Pour afficher la courbe q = f(t), on utilise le logiciel « Synchronie » de la manière suivante :

Ø Définir le capteur de température :

Ø Dans le menu « Matériel », cliquer sur « Capteurs ».

Ø Choisir « Nouveau ».

Ø Compléter les champs :

Ø « Nom » : choisir « Température ».

Ø « Unité » : choisir «°C ».

Ø « Amplification » : choisir « 10 ».

Ø « Décalage » : choisir « 0 ».

Ø Cliquer sur « Ok ».

Ø Sélectionner ce capteur puis cliquer sur le bouton « Associer ».

Ø Choisir l’entrée « EA0 », puis cliquer sur « Ok ».

Ø Sortir de ce menu en cliquant sur « Quitter ».

Ø Ajuster les paramètres de la manière suivante :

Ø « Entrées A/D » : normalement, tout est bien configuré .

Ø « Acquisition » : choisir 2000 points sur une durée de 30 min.

Ø « Fenêtre n°1» : Ajuster l’échelle « Y » pour une variation de –5°C à +25 °C.

Ø « Options acquis. » : Afficher les courbes acquises « Simultanément ».

Ø Enregistrer votre travail sous le nom « Cyclohex.Sync ».

II- Etude de la solidification et de la fusion du cyclohexane :

1) Préparation :

Ø Dans un tube à essai, placer environ 5 cm³ de cyclohexane. Plonger la sonde de température dans le liquide en prenant soin qu’elle ne touche pas les parois du tube.

Ø Mesurer la tension U_s obtenue, et attendre que la température mesurée se stabilise.

Ø Dans un petit pot, mettre de l’eau froide (environ un tiers de la contenance totale), une poignée de sel et des glaçons (Pour l’étude de la solidification).

Ø Remplir un autre petit pot d’eau froide (Pour l’étude de la fusion).

Ø Agiter le mélange réfrigérant et contrôler sa température avec un thermomètre pour obtenir une température voisine de -1°C.

2) Acquisition de la courbe q = f(t) :

Remarque : Pendant l’acquisition, on agitera fréquemment le mélange réfrigérant pour maintenir sa température à –1°C environ.

ATTENTION : La sonde ne doit pas toucher les parois du tube à essai.

Ø Lancer l’acquisition en appuyant sur la touche « F10 ».

Ø Attendre environ 30 secondes.

Ø Placer le tube contenant le cyclohexane dans le mélange réfrigérant.

Observer la courbe q = f(t) et l’état du cyclohexane (Essuyer le pot en verre).

Pour donner ultérieurement des indications sur le graphe obtenu, noter sur une feuille les différents instants qui vous semblent importants.

Ø Lorsque la température du cyclohexane se stabilise au voisinage de celle du mélange réfrigérant (au bout de 10 à 15 minutes), mettre le tube de cyclohexane et le thermomètre dans le deuxième petit pot.

Observer la courbe q = f(t) et l’état du cyclohexane.

Pour donner ultérieurement des indications sur le graphe obtenu, noter sur une feuille les différents instants qui vous semblent importants.

Lorsque la température du cyclohexane est proche de celle de l’eau du petit pot, appuyer sur la touche « Echap » pour stopper l’acquisition de la courbe.

Enregistrer votre travail !

3) Exploitation des résultats :

Noter sur la courbe q = f(t) les différentes phases (solide, liquide) du cyclohexane.

Le passage de la phase liquide à la phase solide est-il immédiat ?

Le passage de la phase solide à la phase liquide est-il immédiat ?

A quelle température observe t-on les changements d’état ?

Comment pouvez-vous expliquer ces phénomènes ?