Carnet de bac
Annales
Transferts d'énergie |
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| Amérique du sud 2013 - Exercice 1 - 7,5 points |
| 1.1) | |||
| Par définition, la chaleur est la quantité de transfert d'énergie qui passe d'un corps chaud à un corps froid, | |||
| D'après l'énoncé, le grenier est plu froid que la maison, donc le transfert de chaleur se fait de la maison vers le grenier. | |||
1.2) |
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| On note Δθ = θ2 - θ1 | |||
| D'après la loi de Fourier | \(\displaystyle\mathrm{ Φ = \frac{Δθ}{R} } \) | ||
| donc | \(\displaystyle\mathrm{ Φ = \frac{θ_2-θ_1}{R} }\) | ||
| D'après les données | \(\displaystyle\mathrm{ Φ= \frac{20-5,0}{7,5 \cdot 10^{-3}} }\) | ||
| donc | \(\displaystyle \underline{ \mathrm{ Φ =2,0 \ kW }}\) | ||
1.3) |
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| D'après l'énoncé, si λ augmente alors le matériau conduit d'autant mieux la chaleur, donc il faut avoir un λ faible | |||
| D'après les données du tableau, le matériau qui présente la plus faible valeur pour λ est le polystyrène, c'est donc le polystyrène qu'il convient de choisir. | |||
1.4) |
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| On note R" la résistance thermique due au polystyrène | |||
| D'après l'énoncé | \(\displaystyle \mathrm{ R'=R"+R' }\) | ||
| donc | \(\displaystyle \mathrm{ R"=R'-R }\) | ||
| D'après les données | \(\displaystyle \mathrm{ R"=6,3 \cdot 10^{-2} - 7,5 \cdot 10^{-3} }\) | ||
| donc | \(\displaystyle \underline{\mathrm{ R" = 5,6 \cdot 10^{-2} \ K \cdot W^{-1} }}\) | ||
1.5.1) |
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| D'après l'énoncé | \(\displaystyle \mathrm{ R=\frac{e}{λ \ S} }\) | ||
| donc | \(\displaystyle \mathrm{ [R]=\frac{[L]}{[P][θ]^{-1}[L]^{-1}[L]^2} }\) | ||
| donc | \(\displaystyle \mathrm{ [R]=\frac{[θ]}{[P]} }\) | ||
| donc R se mesure bien en K · W-1. | |||
1.5.2) |
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| D'après ce qui précède | \(\displaystyle \mathrm{ R"=\frac{e}{λ \ S} }\) | ||
| donc | \(\displaystyle \mathrm{ e= R" \ λ \ S }\) | ||
| D'après les données | \(\displaystyle \mathrm{ e= 5,6 \cdot 10^{-2} \times 0,033 \times 80 }\) | ||
| donc | \(\displaystyle \underline{ \mathrm{ e= 15 \cdot 10^{-2} \ cm }}\) | ||
2.1) |
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| On dit qu'il y a transfert de chaleur par convection lorsque l'agitation thermique est véhiculée de proche en proche entre des particules libres de se mouvoir entre elles, avec déplacement de matière, c'est-à-dire en phase liquide ou en phase gazeuse. | |||
| On dit qu'il y a transfert de chaleur par conduction lorsque l'agitation thermique est véhiculée de proche en proche entre des particules liées entre elles, sans déplacement de matière, c'est-à-dire en phase solide ou en phase liquide. | |||
| On dit qu'il y a transfert de chaleur par rayonnement lorsque l'agitation thermique est véhiculée par l'émission et l'absorption de photons. | |||
2.2) |
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| D'après le schéma, le capteur solaire capte du rayonnement, l'échangeur transfert la chaleur par conduction et le ballon par convection. | |||
2.3) |
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| On sait que si la température d'un corps augmente alors son énergie interne augmente aussi. | |||
| D'après l'énoncé le fluide caloporteur s'échuaffe donc son énergie interne augmente. | |||
3.1) |
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| On appelle micro-ondes, un domaine du spectre électromagnétique, donc il s'agit d'ondes électromagnétiques. | |||
3.2) |
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On note
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| On sait que | \(\displaystyle \mathrm{ λ= \frac{c}{f} }\) | ||
| D'après les données | \(\displaystyle \mathrm{ λ= \frac{3,00 \cdot 10^8}{2,45 \cdot 10^9} }\) | ||
| donc | \(\displaystyle \underline{ \mathrm{ λ= 12 \cdot 10^{-2} \ cm }}\) | ||
3.3) |
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On note
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| D'après la définition de la masse volumique | \(\displaystyle \mathrm{ ρ_{eau}= \frac{m}{V} }\) | ||
| D'après la définition de la chaleur | \(\displaystyle \mathrm{ ΔU=Q }\) | ||
| D'après la loi de comportement d'un corps pur | \(\displaystyle \mathrm{ Q = m \ c_{eau} \ ΔT }\) | ||
| donc | \(\displaystyle \mathrm{ ΔU = ρ_{eau} \ V \ c_{eau} \ ΔT }\) | ||
| D'après les données | \(\displaystyle \mathrm{ ΔU = 1,00 \times 0,250 \times 4180 \times (90-10) }\) | ||
| donc | \(\displaystyle \underline{ \mathrm{ ΔU = 83,6 \cdot 10^{3} \ J }}\) | ||
3.4) |
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| On note Δt la durée de chauffage. | |||
| D'après la définition de la puissance | \(\displaystyle \mathrm{ P= \frac{ΔU}{Δt} }\) | ||
| donc | \(\displaystyle \mathrm{ Δt= \frac{ΔU}{P} }\) | ||
| D'après les données | \(\displaystyle \mathrm{ Δt= \frac{83,6 \cdot 10^3}{900} }\) | ||
| donc | \(\displaystyle \underline{ \mathrm{ Δt= 93 \ s } }\) | ||
