Table des matières
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)