Ch18 - xobernai

Chapitre 18
1 p 374 : Mots manquants
a. La constante d'Avogadro, notée N A est le nombre
d'entités par mole d'entités.
b. L'ordre de grandeur d'une quantité est la puissance de 10
qui s'en rapproche le plus.
c. Un système macroscopique est constitué d'un grand
nombre de particules.
d.
L'énergie interne U d'un système caractérise le
comportement microscopique de celui-ci.
e. Lorsqu'un système condensé évolue d'un état initial vers un
état final, la variation de son énergie interne est
proportionnelle à la variation de température entre ces deux
états.
f. La conduction thermique existe lorsqu'il y a une différence
de température au sein du système.
g. Lorsqu'il n'y a pas de différence de température entre deux
systèmes en contact, il y a équilibre thermique.
h. Les transferts thermiques dans la matière s'interprètent à
l'échelle microscopique suivant trois modes principaux ; le
rayonnement, la convection et la conduction.
i. Le flux thermique, noté Φ, caractérise la vitesse du transfert
thermique Q, à l'intérieur du système ou entre différents
systèmes.
j. L'énergie totale d'un système est la somme de son énergie
mécanique et de son énergie interne.
E 1,8×107
E= P×t donc t= =
=3,0×105 s(83 h)
P
60
b.
c. Les résultats obtenus montrent que l'éclairage et moins
gourmand en électricité que le chauffage de l'eau.
18 p 378 : Douche solaire
1a. Il s'agit ici d'un transfert thermique par rayonnement.
1b.
T (C)
40
35
30
Température = f(temps)
25
20
15
10
5
1
2
3
4
5
6
t (heure)
2a. La mise en fonctionnement a lieu à t=0, donc la
température de l'eau est de 15°C. Au bout de 5,5h on lit
graphiquement une température de 43°C.
2b. Q=mc Δ T =C Δ T =8,36×104×(43−15)=2,3 MJ
3 p 374 : Visualiser des entités microscopiques
a. La distance séparant les atomes de cuivre étant de l'ordre
du nanomètre, on a utilisé un microscope à effet tunnel.
b. On utilise actuellement aussi des microscopes à force
atomique pour l'observation de structures moléculaires ou
cristallines.
21 p 378 : Diode et énergie
a.L'énergie reçue par la DEL est convertie en chaleur et en
lumière.
b. L'énergie reçue par la lampe est convertie en chaleur
uniquement, cette lampe étant en forte sous-tension.
c. Les lampes à filament convertissent l'essentiel de l'énergie
qu'elles reçoivent (97%) en chaleur. Ce taux est de l'ordre de
6 p 375 : Interpréter des transferts thermiques
60% pour les DEL récentes.
a.
Le radiateur et l'air sont les deux systèmes qui d.
interviennent ici.
avantages
inconvénients
b. Il s'agit ici d'un transfert par convection car il s'agit d'un
transfert thermique qui fait intervenir un système fluide.
DEL
- très longue durée de - coût élevé
c. L'énergie est transférée de la source la plus chaude vers la
vie
source la moins chaude, il s'agit donc d'un transfert du
- pas de rejets
radiateur vers l'air.
- résistance aux chocs
8 p 375 : Exploiter la relation du flux thermique
a.
Φ=
Fluocompactes - bonne durée de vie
Q λS
=
×Δ T
Δt
e
AN : Φ = 9,6 kW
b. AN : Φ = 2,8 kW
Attention aux conversions, il faut passer e en m pour être en
SI.
Les résultats permettent de voir que le mur de béton est un Halogènes
meilleur isolant thermique que la vitre de verre pour les
épaisseurs données.
- coût réduit
- coût élevé
- comporte du
mercure
et
d'autres
métaux
lourds
- temps de chauffe
- fragiles
s'usent
rapidement
mauvaise
résistance
aux
chocs
11 p 375 : Effectuer un raisonnement scientifique
Rosa a raison. Le fait d'envelopper les glaçons de laine va
limiter les échanges thermiques entre la glace et l'air. On
rajoute en quelque sorte, entre la glaçon et l'air un matériau
22 p 379 : Freinage d'urgence et énergie interne
supplémentaire ayant une résistance thermique.
1
a. E C = m v² =8,0 kJ
2
12 p 375 : Comparer un résultat
E
b. E C =Q=m c Δ T =C Δ T d'où Δ T = C =2,0×10 2 °C
a.
Q=m ceau Δ T =ρ V c eau ΔT =10 3×0,200×4180×(37−15)=1,8×107 J
C
c. - faux : l'énergie cinétique s'annule
- vrai
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Exos corrigés
Ce document n'est pas conçu pour l'impression. Pensez à notre planète et conservez une version numérique uniquement.

 Connaissance du cours  Exploitation de documents  Exercices de synthèse
- vrai, ce sont les forces de frottements qui contribuent au pour faire fonctionner le compresseur. Pour un radiateur
transfert d'énergie par travail de la moto aux plaquettes de électrique l'énergie thermique libérée est comparable voire
frein.
légèrement inférieur à l'énergie électrique utilisée. La pompe a
chaleur est donc un système avantageux.
27 p 380 : ECE
a. Dans les deux cas on peut quantifier l'énergie transférée du p 382 n°33 : Rédiger une synthèse de documents
bloc de cuivre à l'eau et la variation de température de l'eau. Proposition de plan suggérée par l'énoncé :
Ces deux seuls paramètres permettent de déterminer la Dans une première étape on peut faire apparaître le principe
capacité thermique de l'eau.
de l'échauffement lors de la pénétration dans l'atmosphère et
b. Le premier protocole semble être le plus efficace car sa on explique le rôle du bouclier thermique .
durée de réalisation est plus courte. L'isolation thermique du Dans un deuxième temps il est utile de préciser quelles sont les
récipient n'est jamais parfaite et donc le temps est un limites de ce bouclier thermique et quelles sont les obligations
paramètre qui pourra influer sur les pertes énergétiques. Ces d'évolution.
pertes sont donc fonction de la durée de l'expérience.
Enfin on indique quelles sont les évolutions qu'apporte le
projet Shingle.
29 p 381 : Apprendre à chercher
Ce qui peut donner le texte suivant :
1) Il faut commencer par indiquer que le système finira à Lorsqu’une navette entre dans l’atmosphère terrestre lors de
l'équilibre. C'est à dire que la température finale de tous les son retour sur Terre, sa structure est soumise à des
éléments du système sera identique, on va la noter θf.
frottements très importants qui provoquent une augmentation
2) ll faut ensuite faire apparaître que l'énergie totale du de la température du matériau qui recouvre de la navette. La
système est conservée (pas d'échanges vers l'extérieur de température peut dépasser les 1 600 °C. Ce matériau externe
l'enceinte), autrement dit que la somme des échanges ayant est appelé bouclier thermique. C’est un matériau composite
lieu est nulle.
qui doit être très résistant à la fois à la chaleur et aux
3) On définit les échanges thermiques qui vont avoir lieu dans contraintes mécaniques du vol. Il est constitué de tuiles
l'enceinte :
réfractaires positionnées sur la face exposée de la navette.
Calu ΔT + Cfer ΔT + Ceau ΔT = 0
Lorsqu’un problème survient, la situation peut être
Soit :
dramatique. Des dégâts sur le bouclier thermique peuvent
Calu (θf - θ1) + Cfer (θf - θ2) + Ceau (θf - θ3) = 0
conduire à la destruction de l’engin spatial.(Navette Columbia en
C fer θ 2 +C alu θ1 +C eau θ 3
2003).
θf=
C alu +C fer +C eau
Les conclusions de l’enquête évoquent une destruction
AN : θf = 33°C.
partielle du bouclier thermique par un débris s’étant détaché
4) On en déduit les échanges ayant lieu entre les trois de la navette.
éléments du système :
Les solutions futures de bouclier thermique doivent encore être
Aluminium -> Eau et fer
améliorées :
Car la température de l'eau et du fer augmentent alors que - la mise en place simplifiée : les tuiles actuelles sont de
celle de l'aluminium diminue.
petite taille ce qui peut générer des défauts aux jointures lors
de la pose ;
32 p 382 : Pompe à chaleur
- une vérification simplifiée de la cohérence du bouclier.
a. Le système étudié étant le liquide frigorigène :
Finalement, le projet « Shingle » semble proposer une solution
- Q1 est de l'énergie reçue par le système (elle est positive)
intéressante. Des tuiles de plus grandes tailles (1m2), encadrées
- Q2 est de l'énergie donnée par le système (négative).
dans une structure permettent l’installation sans pour autan,t
b. Le système est exactement le même, mais l'évaporateur qui qu'il ait des problèmes de jointure.
absorbe de l'énergie est placé à l'intérieur du réfrigérateur de
manière à générer du froid. Le condenseur est situé à
l'extérieur du réfrigérateur et cède de l'énergie thermique au
milieu environnant.
c. Lors de la compression le compresseur transfère de
l'énergie par travail (W>0) au système, W se rajoute donc à Q 1
et Q2 pour ramener le bilan à 0.
d. On a T2 = 18 + 273 = 291 K et T1 = -2 + 273 = 271 K
En effectuant l'application numérique on obtient une efficacité
de η = 15.
e. L'indice de performance se définit de la manière suivante :
ηréelle =
Transfert thermique
Energie consommée
Le transfert thermique correspond à l'énergie reçue par le
système, c'est à dire Q2 pris en valeur absolue. L'énergie
consommée par la pompe est W. Or W + Q1 + Q2 = 0.
Donc Q2 = - W - Q1 et
ηréelle =
∣Q 2∣ W +Q1
=
>1
W
W
(W et Q1 étant
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Exos corrigés
positifs).
Quelle que soit la pompe à chaleur l'indice de performance est
donc supérieur à 1 ce qui signifie que l'énergie thermique
libérée est plus importante que l'énergie électrique utilisée