TPE : Caloduc

 

B. Expérience entre le tube de cuivre rempli d'air et le tube de cuivre rempli d’eau

 

• Pourquoi cette expérience ?

 

Nous avons justifié précédemment que l’eau est un bon fluide caloporteur.

Nous avons donc décidé d’introduire de l’eau distillée dans un tube de cuivre afin de tester la capacité de transfert de chaleur du "système cuivre + eau" et de le comparer au "système cuivre + air".

 

Cette expérience a été effectuée avec la maquette et le protocole vus précédemment.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ce graphique présente la variation de la température (°C) en fonction du temps (s).

On peut observer que la variation de la température est croissante pour les deux systèmes. On remarque d’ailleurs deux périodes pour les deux courbes :

                               

                             - T0 - T75 secondes : la température ne varie pas. Elle reste à 20°C (température de la zone froide).

                             - T75 secondes - 885 secondes (soit 1min et 45secondes) : la température passe de 20°C à 38°C, soit presque deux

                               fois plus élevée.

 

Néanmoins, les allures des deux courbes ne sont pas similaires. En effet, la température ne varie pas de la même façon pour les deux systèmes, cependant ils atteignent tous deux une température identique : 38°C.

 

On peut donc en conclure que cette expérience est insignifiante. Elle ne montre pas d'écart de température entre les deux systèmes. Ainsi, le tube de cuivre rempli d'air et le tube de cuivre rempli d’eau ont la même capacité de transfert de chaleur. Dans ce cas, le fluide caloporteur n'a pas d'influence.

 

 

• Pourquoi cela n’a-t-il pas marché ?

 

Nous savons que l’eau passe de l'état liquide à l’état vapeur selon la température et la pression (vaporisation progressive). Nous avions choisi d’accentuer ce phénomène en augmentant la température, c’est-à-dire de chauffer le système à 70°C. Cependant nous pensions que la pression dans le tube de cuivre rempli d'eau était la même que celle dans le caloduc, c'est-à-dire 1 atm.

 

D'après cette expérience, il semble que la pression ne soit pas la même. Si la température est un facteur qui peut favoriser l'évaporation, la pression joue un rôle d'autant plus important puisque le caloduc est mis sous vide. Le caloduc chauffé à 70°C peut donc faire intervenir rapidement les phénomènes de vaporisation et de condensation liés à sa pression.

 

De plus, si l’on regarde le graphique du point triple, on remarque que pour une pression de 1,013 bar (pression atmosphérique) et une température de 70°C, l’eau reste à l’état liquide. En revanche, dans le caloduc, qui a une pression moindre, il suffit d'avoir un apport de température moins élevé pour que l’eau passe à l’état vapeur.

 

 

                                                  Les résultats fournis par le tube de cuivre rempli d’eau distillée

                                          s’expliquent par le diagramme de phase de l’eau montrant son point triple :