====== Qui a inventé l'eau chaude ====== Peut-être un cuisinier ? Atelier autour de la calorimétrie dans une cuisine ===== Introduction ===== La cuisson des aliments permet à l'homme de mieux s'alimenter. L'eau est le milieu le plus largement utilisé pour cuire nos pâtes, légumes, riz, œufs,... Pourquoi est-ce que cela fonction ne si bien ? C'est aussi un mode de cuisson dont le coût n'est pas anodin. Mais d'où vient la facture ? Et comment la comprendre, voire la diminuer ? ===== Objectifs d'un atelier autour de l'eau chaude : ===== * Quelle est l'énergie nécessaire pour faire bouillir de l'eau ? * À quelle grandeur physico-chimique est-elle liée ? * Comment la caractériser à l'aide de ce qu'on peut trouver dans une cuisine ? * Quelle est l'énergie nécessaire pour dégeler un aliment ? * À quelle grandeur physico-chimique est-elle liée ? * Comment la caractériser à l'aide de ce qu'on peut trouver dans une cuisine ? ===== En pratique ===== Les actions : cuire, infuser, dégeler, cuire à la vapeur, ... Matériel de cuisine utilisable : bouilloire, cuit-œuf, micro-onde, taque électrique, au gaz, four, casserole à pression,... Instruments de mesure : thermomètre, balance, récipients gradués, multimètre Produits et substances disponibles: de l'eau liquide et solide ===== Rappel théorique ===== Rappel de définitions et formules : ; capacité thermique ou calorifique : quantité d'énergie nécessaire pour élever d'un degré la température d'un corps donné (grandeur extensive). On utilise le terme de capacité thermique massique, exprimée en J⋅kg−1⋅K−1 si elle se rapporte à 1 kg d'une substance, ou le terme de capacité thermique molaire, exprimé en J⋅mol−1⋅K−1 si elle se rapporte à une mole d'une substance (grandeurs intensives). Équivalent à la terminologie chaleur spécifique, ou capacité calorifique. ; Enthalpie de fusion : variation d'enthalpie accompagnant le changement d'état (solide vers liquide) pour une quantité de matière donnée. Cette variation est fournie sous forme de chaleur. L'enthalpie de fusion s'exprime en J.mol-1 et l'enthalpie de fusion massique s'exprime en J.kg-1. Terme équivalent à chaleur latente de fusion. ; Enthalpie de vaporisation (ou d'ébullition) : variation d'enthalpie accompagnant le changement de l'état liquide vers l'état solide pour une quantité de matière donnée. Terme équivalent à chaleur latente de vaporisation. Les "formules" de base : La chaleur utilisée pour augmenter la température d'un corps de masse $m$ et de capacité thermique massique $c$, en passant de la température initiale $T_i$ à la température finale $T_f$, est donnée par la relation $Q = m c (T_f - T_i)$ La chaleur utilisée pour le changement d'état (par exemple la fusion) d'une masse $m$ d'une substance dont l'enthalpie de fusion vaut $\Delta H_f$ est donnée (au signe prêt) par la relation $Q = m \Delta H_f$ ===== Sécurité : ===== * l'eau chaude, c'est chaud ! * L'électricité et l'eau, ça ne s'apprécie pas ! * L'eau et la glace par terre, ça glisse ! ===== Expérimenter : ===== * remplir la bouilloire, mesurer la quantité, la température * enclencher le chronomètre en allumant la bouilloire * stopper le chronomètre une fois l'ébullition atteinte * recommencer ? dans quelles conditions ? * comment représenter les mesures, les interpréter ? * obtenir les grandeurs recherchées, estimer les incertitudes ===== Questionnement, prolongements : ===== * Énergie nécessaire pour un procédé donné, coût, équivalent en carburant, en empreinte écologique (dioxyde de carbone) ? * Pour un procédé culinaire donné, quel est la m * Quels sont les moyens de cuisson à l'eau les plus économiques ? * en énergie ? en eau ? * Et quand la pression change : en altitude ? dans une cocotte-minute ? * Extension : mesure de la capacité calorifique de solides métalliques : cuivre, aluminium,... et comment les comparer pour ces différents corps (Dulong et Petit)