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1) Définir la conduction thermique. 2) Comment va évoluer la température de
chacun de ces deux blocs ? 3) Quand aura-t-on atteint l'état final ? 4) Comment ...
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NOM, Prénom : Classe : 1ère
DS sur le Chapitre 3 du thème Habitat
Exercice 1 : Echange par conduction
On dispose de deux blocs dacier. Chacun est percé dun trou dans lequel il est possible dinsérer une sonde thermométrique. Lors dun TP, le premier bloc est porté à 79°C et le second à 26°C avant dêtre mis en contact dans un dispositif évitant toute perte de chaleur vers lextérieur.
1) Définir la conduction thermique
2) Comment va évoluer la température de chacun de ces deux blocs ?
3) Quand aura-t-on atteint létat final ?
4) Comment nomme-t-on cet état final ?
Exercice 2 : Chauffe-eau solaire
Le schéma de principe dun chauffe-eau solaire est donné ci-contre.
Indiquer les modes de transfert dénergie intervenant :
a) au niveau du panneau solaire (1),
b) entre le fluide caloporteur (dans le serpentin) et leau chaude sanitaire (dans le ballon) (2),
c) au sein du ballon deau chaude sanitaire (3).
Exercice 3 : Au bureau
Simon souhaite réaliser le bilan thermique de son local de travail. Des pertes thermiques nexistent que sur une face, composée :
Dune baie vitrée de longueur 2,5 m et de hauteur 2,2 m ;
Dune surface totale de murs (sans fenêtres !) de 25 m2.
La température extérieure, en hiver est en moyenne de 3,0 °C et la température intérieure souhaitée est de 20,5 °C.
1) Calculer le flux thermique perdu à travers le mur ( ¦mur ) si la résistance thermique de ce mur est Rmur = 2,0 m2.K.W-1.
2) Calculer le flux thermique perdu à travers le vitrage ( ¦vitr ) si Rvitr = 0,80 m2.K.W-1.
3) La ventilation de ce bureau implique une perte supplémentaire de 125W. Déterminer la valeur de la puissance totale perdue, concernant ce bureau (avec questions 1, 2 et 3).
4) Si les appareils bureautiques (une imprimante et un ordinateur) apportent, par leur fonctionnement, une puissance thermique moyenne de 60W chacun, et Simon de 120W (« chaleur humaine »), quelle est la puissance totale gagnée par la pièce.
5) Déduire des questions 3 et 4 le bilan thermique global de cette pièce.
6) Si le bilan thermique global a une valeur de -230 W, est-il nécessaire de prévoir un système de chauffage, sachant que la nuit, les appareils ne fonctionnent pas ?
Exercice 4 : Influence de la température
Le graphique ci-contre donne la puissance M de rayonnement surfacique émis par un corps en fonction de la longueur donde et pour différentes températures.
1) Quelle est la longueur donde correspondant au maximum de puissance rayonnée par un objet dont la température est égale à 200 K ? (faites apparaître la méthode GRAPHIQUE !)
2) Même question pour un corps à 500 K puis à 2000 K.
3) En déduire lévolution de la longueur d onde majoritairement émise par un corps en fonction de sa température.
4) Rappeler la relation mathématique correspondante (»max en fonction de T), puis vérifiez par ce calcul le résultat trouvé à la question 1.
CORRECTION du DS
sur le Chapitre 3 du thème Habitat
Ex1 : 1) La conduction thermique est un mode de transfert thermique qui se fait sans transport de matière, interprété par une transmission de lagitation thermique de proche en proche.
2) La température du bloc le plus chaud va diminuer, alors que celle du bloc le plus froid va augmenter.
3) Létat final sera atteint quand la température des deux blocs sera la même.
4) Cet état final se nomme « équilibre thermique ».
Ex2 : a) Au niveau du panneau solaire lénergie est apportée par rayonnement.
b) Entre le fluide caloporteur et l eau chaude sanitaire, c est la conduction.
c) Au sein du ballon d eau chaude sanitaire, c est la convection (puisque mouvement de l eau !)
Ex3 : 1) ¦mur = Smur x (Tchaud Tfroid) / Rmur avec :
¦mur le flux thermique à travers le mur, en W
S la surface du mur, d échange, en m2
Tchaud Tfroid la différence de température entre les deux milieux, en °C ou en K
Rmur la résistance thermique du mur, en m2.K.W-1.
D où ¦mur = 25 x (20,5-3,0) / 2,0 = 2,2 x 102 W.
2) ¦vitr = Svitr x (Tchaud Tfroid) / Rvitr
= 2,5 x 2,2 x (20,5-3,0) / 0,80 = 1,2 x 102 W.
3) Pperdue = ¦mur + ¦vitr + Pventil
= 2,2x102 + 1,2 x 102 + 125 = 4,65 x 102 W.
4) Pgagnée = Pbureautique + PSimon = 2 x 60 + 120 = 2,4 x 102 W
5) Bilan thermique global :
¦tot = Pgagnée - Pperdue = 2,4.102 4,65.102 = -2,25 x 102 W.
6) La pièce perd globalement de l énergie, il faudra alors prévoir un système de chauffage. De plus, la nuit il n y a ni Simon ni les appareils de bureautique pour réchauffer la pièce.
Ex4 : 1) La longueur donde LUE correspondant au maximum de puissance rayonnée par un objet dont la température est égale à 200 K est de 15 micromètres.
2) Pour un corps à 500 K, elle vaut 6 micromètres.
Pour un corps à 2000 K, elle vaut 1,5 micromètre.
3) La longueur donde du rayonnement de plus forte intensité émise par un corps diminue lorsque sa température augmente.
4) Cest la loi de Wien : a»max = 3,0 x 10-3 / Ta
avec : - »max la longueur d onde correspondant à l intensité maximale (en m)
T la température absolue du corps chaud (en K)
On calcule »max pour T=200K : »max = 3,0 x 10-3 / T = 3,0 x 10-3 / 200
= 1,5 x 10-5 m cest à dire 15 µm, cohérent avec ce que lon a lu sur le graphique.
CORRECTION du DS
sur le Chapitre 3 du thème Habitat
Ex1 : 1) La conduction thermique est un mode de transfert thermique qui se fait sans transport de matière, interprété par une transmission de lagitation thermique de proche en proche.
2) La température du bloc le plus chaud va diminuer, alors que celle du bloc le plus froid va augmenter.
3) Létat final sera atteint quand la température des deux blocs sera la même.
4) Cet état final se nomme « équilibre thermique ».
Ex2 : a) Au niveau du panneau solaire lénergie est apportée par rayonnement.
b) Entre le fluide caloporteur et leau chaude sanitaire, cest la conduction.
c) Au sein du ballon deau chaude sanitaire, cest la convection (puisque mouvement de leau !)
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¦mur le flux thermique à travers le mur, en W
S la surface du mur, d échange, en m2
Tchaud Tfroid la différence de température entre les deux milieux, en °C ou en K
Rmur la résistance thermique du mur, en m2.K.W-1.
D où ¦mur = 25 x (20,5-3,0) / 2,0 = 2,2 x 102 W.
2) ¦vitr = Svitr x (Tchaud Tfroid) / Rvitr
= 2,5 x 2,2 x (20,5-3,0) / 0,80 = 1,2 x 102 W.
3) Pperdue = ¦mur + ¦vitr + Pventil
= 2,2x102 + 1,2 x 102 + 125 = 4,65 x 102 W.
4) Pgagnée = Pbureautique + PSimon = 2 x 60 + 120 = 2,4 x 102 W
5) Bilan thermique global :
¦tot = Pgagnée - Pperdue = 2,4.102 4,65.102 = -2,25 x 102 W.
6) La pièce perd globalement de l énergie, il faudra alors prévoir un système de chauffage. De plus, la nuit il n y a ni Simon ni les appareils de bureautique pour réchauffer la pièce.
Ex4 : 1) La longueur d onde LUE correspondant au maximum de puissance rayonnée par un objet dont la température est égale à 200 K est de 15 micromètres.
2) Pour un corps à 500 K, elle vaut 6 micromètres.
Pour un corps à 2000 K, elle vaut 1,5 micromètre.
3) La longueur d onde du rayonnement de plus forte intensité émise par un corps diminue lorsque sa température augmente.
4) C est la loi de Wien : a»max = 3,0 x 10-3 / Ta
avec : - »max la longueur d onde correspondant à l intensité maximale (en m)
T la température absolue du corps chaud (en K)
On calcule »max pour T=200K : »max = 3,0 x 10-3 / T = 3,0 x 10-3 / 200
= 1,5 x 10-5 m c est à dire 15 µm, cohérent avec ce que l on a lu sur le graphique.
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