Exercices : transferts thermiques d`énergie

Terminale S
www.sciencesphysiques.info
Transferts thermiques dÊénergie
Corrections d’exercices
Exercice n°6 page 375
a. Les deux systèmes sont le radiateur et l’air de la chambre.
b. Le transfert thermique entre les deux systèmes s’effectue par convection.
c. Le transfert s’effectue du radiateur vers l’air de la chambre car θr > θc.
Exercice n°7 page 375
a. Le transfert thermique s'effectue par conduction dans le métal.
b. La variation d’énergie interne s’écrit ici : ∆U = CCu . (θc – θa)
∆U= 173,7 × (90 – 20)
∆U = 1,2.104 J
Exercice n°8 page 375
a. Calcul du flux thermique à travers la vitre, avec : S = 2,0 m2 ; e = 5,0.10-3 m
S
Φ = λ ∆T
e
2,0
Φ = 1,2 ×
× 20
5,0.10 −3
Φ = 9,6.103 W
b. A travers le mur de béton, avec S = 20 m2 ; e = 20.10-2 m
20
Φ = 1,4 ×
× 20
20.10− 2
Φ = 2,8.103 W
Exercice n°9 page 375
a. Résistance thermique d’un mur de brique :
S
On sait que Φ = λ ∆T et par analogie avec la loi d’Ohm : ∆T = Rth . Φ
e
∆T
e
On retrouve alors R th =
=
Φ λS
10.10 −2
Application numérique pour le mur de brique : R th =
= 1,0.10-2 K.W-1
0,67 × 15
b. Résistance thermique d’un mur composite :
Rth(totale) = Rth(brique) + Rth(parpaing) + Rth(plâtre)
Rth(totale) = 1,0.10-2 + 1,7.10-2 + 1,7.10-3 = 2,9.10-2 K.W-1
Exercice n°23 page 379
a. Analogie avec la loi d’Ohm (U = Réléc . I)
∆T = Rth . Φ
Corrections d’exercices : transferts thermiques d’énergie
Page 1 / 3
Terminale S
b. R élec =
L 1
×
S γ
www.sciencesphysiques.info
avec γ la conductivité électrique
c. La résistance thermique correspond au coefficient de proportionnalité entre le flux thermique Φ et la
différence de température ∆T générant ce flux.
e 1
Par analogie : R th = ×
avec λ la conductivité thermique.
S λ
d. Rélec = 7,6.10-5 Ω et
Rth = 1,0.101 K.W-1
e. Flux thermique à travers la tige : Φ =
∆T
= 7,6 W
R th
Exercice n°25 page 379
Résistance thermique d’une paroi constituée d’un matériau de conductivité thermique λ : R th =
e 1
×
S λ
Dans la configuration A (verre) :
Rth(A) = Rth(verre)
−3
4.10
Rth(A) =
= 8,3. 10-4 K.W-1
1,2 × 4
∆T
d’où Φ ( A ) =
= 3,0.104 W
R th ( A )
Remarque : Les calculs intermédiaires ne doivent pas être arrondis.
Dans la configuration B (verre + air + verre) : Rth(B) = Rth(verre) × 2 + Rth(air)
4.10 −3
12.10 −3
Rth(A) =
×2 +
= 1,2 K.W-1
1,2 × 4
0,0262 × 4
∆T
d’où Φ ( B) =
= 2,2.102 W
R th ( B)
Dans la configuration C (verre + air + verre + air + verre) :
Rth(C) = Rth(verre) × 3 + Rth(air) × 2
Rth(C) = 2,3.10-1 K.W-1
d’où Φ(C) = 1,1.102 W
Exercice n°32 page 382
a. Le transfert thermique Q1 est reçu par le système donc Q1 > 0.
De même la chaleur Q2 est cédée par le système donc Q2 < 0.
b. Schéma de la pompe à chaleur
adapté au réfrigérateur :
Corrections d’exercices : transferts thermiques d’énergie
Page 2 / 3
Terminale S
www.sciencesphysiques.info
c. On considère que ∆U(fluide) = 0 :
Q1 + Q2 ≠ 0 mais il faut tenir compte du travail échangé W.
∆U(fluide) = Q + W = Q1 + Q2 + W
Le travail correspond ici au travail mécanique effectué par le compresseur sur le fluide.
d. Calcul de l’efficacité η :
On a T1 = 273 + (-2) = 271 K
d’où η =
et T2 = 273 + 18 = 291 K
T2
291
=
= 15
T2 − T1
20
On remarque que plus l’écart entre T1 et T2 est faible, plus l’efficacité augmente.
e. Efficacité réelle ηréelle :
Q
ηréelle = 2
W
or ∆U(fluide) = Q1 + Q2 + W = 0
donc ηréelle =
d’où Q2 = W + Q1
avec W > 0 et Q1 > 0
W + Q1
>1
W
Avec la pompe à chaleur, l’énergie récupérée est plus grande que l’énergie électrique consommée.
Corrections d’exercices : transferts thermiques d’énergie
Page 3 / 3