QCM N° 16 TRansferts thermiques

QCM N° 16 TRansferts thermiques

QCM. N° 16

Pour s'auto-évaluer

Transferts thermiques

QCM N° 16 Transferts thermiques AIDE Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).
	Énoncé	A	B	C	R
1	Pour un appareil de puissance P consommant l’énergie E pendant la durée Δt, l’énergie consommée vaut :				C
2	Le travail d’une force peut s’exprimer en :	watt	joule	newton	B
3	Lorsque l’agitation des entités microscopiques d’un système augmente, sa température :	Diminue	Reste constante	augmente	C
4	La variation d’énergie interne ΔU d’un système incompressible de masse m et de capacité thermique c constante s’écrit :				A
5	Le mode de transfert qui a lieu dans un solide opaque est :	Le rayonnement	La convection	La conduction	C
6	Le flux thermique par conduction/convection qui s’établit entre deux faces d’un matériau augmente :	Si la résistance thermique du matériau diminue	Si la résistance thermique du matériau augmente	La différence de température entre les deux faces diminue	A
7	Le rayonnement émis par la surface de la Terre est majoritairement dans le domaine :	Des ultraviolets	Des micro-ondes	Des infrarouges	C
8	L’albédo terrestre correspond à la proportion du rayonnement reçu qui est ensuite :	Renvoyé par la Terre	Absorbé par la Terre	Renvoyé et absorbé par la Terre	A
9	L’augmentation de la température moyenne de la surface de la Terre peut être liée à :	La diminution de l’albédo terrestre	L’augmentation de l’albédo terrestre	La diminution des concentrations des gaz à effet de serre dans l’atmosphère	A
10	Un glaçon est déposé dans un verre d’eau liquide à température ambiante. Un transfert thermique a lieu :	De l’eau liquide vers le glaçon	Du glaçon vers l’eau liquide	Dans les deux sens	A

QCM réalisé avec le logiciel Questy

Pour s’auto-évaluer

La puissance :

- La puissance notée P nous renseigne sur la rapidité avec laquelle a été effectué le travail W.

- Le travail W est une énergie E.

- W = P . Δt ou

- E = P . Δt

Le travail :

Travail d’une force constante :

- Le travail d’une force constante dont le point d’application M se déplace de la position A à la position B sur le segment [AB]

est égal au produit scalaire du vecteur force par le vecteur déplacement .

- On note :

Relation
Unités
	en joule (J)
	F valeur de la force en newton (N)
	AB longueur du déplacement en mètre (m)
	α angle (rad ou °) entre les vecteurs et cos α : sans unité

- Schéma :

- Les unités : le travail en joule (J) avec (J) = (N) . (m)

Agitation thermique :

- Lorsque l’agitation des entités microscopiques d’un système augmente, sa température augmente.

- La température absolue étant liée à l’agitation des molécules d’un gaz, on ne peut pas refroidir indéfiniment un gaz.

- Lorsque la température diminue, l’agitation thermique diminue aussi.

- Lorsque les molécules sont immobiles, il n’y a plus d’agitation thermique et on ne peut plus refroidir : c’est le zéro absolu.

- La température absolue du gaz, notée T.

- T (K) = θ ° C + 273,15 ou T (K) ≈ θ ° C + 273

Variation d’énergie interne ΔU :

- Pour un système incompressible de masse m, de capacité thermique massique c dont la variation de température est Δθ ou (ΔT):

- Q = m . c . Δθ

- Q = m . c . ΔT

La conduction thermique :

- Il existe trois types de transfert thermique :

- La conduction thermique, la convection thermique et le rayonnement thermique.

- Si l'on chauffe l'extrémité d'une barre métallique, on remarque que la température de l'autre extrémité augmente très vite.

- Les particules de la partie chaude communiquent une partie de l'agitation thermique aux particules voisines et ainsi de suite.

- L'agitation thermique se transmet de proche en proche de la région chaude vers la région froide sans transport de matière.

transfert thermique

- La conduction se produit principalement dans les solides.

Le flux thermique :

- Le flux thermique Φ (phi majuscule) caractérise la vitesse du transfert thermique Q pendant une durée Δt au sein d’un système ou entre différents systèmes.

- Le flux thermique Φ traversant ce matériau est alors défini par la relation :

-

- Énergie thermique transférée : Q en joule (J)

- Durée : Δt ne seconde (s)

- Flux thermique : Φ en watt : (J . s^–1 = W)

- Le flux thermique a la dimension d’une puissance : c’est une énergie par unité de temps.

- Le flux thermique est l’énergie transférée à travers une paroi par unité de temps.

- Résistance thermique :

- La résistance thermique R_th caractérise l’opposition d’un milieu au transfert thermique entre deux points A et B.

- On considère le système S de résistance thermique R_th :

- On oriente le flux thermique du point A vers le point B.

- Si l’écart de température T_A – T_B est maintenu constant, le flux thermique est donné par la relation suivante :

flux thermique Φ

Températures absolues : T_A et T_B en kelvin (K)

Ou températures θ_A et θ_B en degré Celsius (° C)

Résistance thermique : R_th unité : ? à déterminer

Flux thermique : Φ en watt : (J . s^–1 = W)

- En quelle unité s’exprime la résistance thermique R_th ?

- La résistance thermique s’exprime en (K . W^–1) ou (° C . W^–1).

résistance thermique

- Remarque :

- Plus la résistance thermique du matériau est élevée, plus le flux thermique est faible à travers le matériau et inversement.

- Ce dernier empêche le transfert d’énergie à travers lui ; c’est de ce fait un bon isolant thermique.

- Un matériau qui a une résistance thermique élevée est un bon isolant thermique.

Le rayonnement de la Terre :

- Le rayonnement émis par la surface de la Terre est majoritairement dans le domaine des infrarouges (IR).

- L’effet de serre est dû aux gaz de l’atmosphère (principalement l’eau et le dioxyde de carbone) qui absorbent et renvoient vers la Terre une partie des radiations infrarouges qu’elle émet.

- Un gaz à effet de serre est un gaz qui absorbe une partie du rayonnement infrarouge provenant de la Terre et qui en réémet ensuite une partie vers la Terre et contribue ainsi à son réchauffement.

L’Albédo :

- L’Albédo est le pouvoir réfléchissant d’une surface.

- L’albédo α est une grandeur sans unité qui caractérise l’aptitude d’une surface à renvoyer, par diffusion et / ou réflexion, le rayonnement qui lui parvient.

- Sa valeur est comprise entre 0 et 1.

- Considérons un système S qui reçoit un rayonnement électromagnétique bien déterminé :

- On peut prendre comme exemple le rayonnement solaire.

- Le système S reçoit le flux thermique surfacique φ_T ou p_T (puissance surfacique) reçu du Soleil ;

- Une partie du rayonnement solaire reçu est réfléchi et / ou diffusé, φ_R ou p_R par le système S

- Schéma de la situation :

- Relation :

Albédo

α : Albédo : grandeur sans unité comprise entre 0 et 1

φ_T : Flux thermique surfacique rayonné reçu (W . m^–2)

p_T : Puissance thermique surfacique rayonnée reçue (W . m^–2)

φ_R : Flux thermique surfacique diffusé et / ou réfléchi (W . m^–2)

p_R : Puissance thermique surfacique diffusée et / ou réfléchie (W . m^–2)

- Le système {Terre et atmosphère} présente un albédo moyen de l’ordre de 0,3.

- Ce nombre est considérable.

- Les continents, le sable et la neige apportent une contribution très importante.

L’Albédo et l’effet de serre.

- L’albédo et l’effet de serre exercent une grande influence sur la température moyenne de la Terre

- Tableau :

	T_T (° C)
Sans Albédo et sans effet de serre	5
Avec Albédo et sans effet de serre	–18
Avec Albédo et avec effet de serre	15

- Une diminution de l’Albédo du système {Terre et atmosphère} entraîne une élévation de la température moyenne de la Terre.

- Une augmentation de l’effet de serre entraîne une augmentation de la température terrestre moyenne.

- Schéma :

- L’effet de serre est dû aux gaz de l’atmosphère (principalement l’eau et le dioxyde de carbone) qui absorbent et renvoient vers la Terre une partie des radiations infrarouges qu’elle émet.

- Un gaz à effet de serre est un gaz qui absorbe une partie du rayonnement infrarouge provenant de la Terre et qui en réémet ensuite une partie vers la Terre et contribue ainsi à son réchauffement.

Transfert thermique spontané :

- Un transfert thermique spontanée s’effectue d’un corps chaud vers un corps froid.

- Dans le cas présent, il s »effectue de l’eau liquide vers le glaçon.

Exemple :

- Cas d’une tasse de café (65 ° C) qu’on laisse à la température ambiante (21 ° C).

- Au cours du temps, la température de la tasse de café diminue.

tasse

- La tasse de café constitue le système d’étude S, l’autre système (ME) est constitué par le milieu extérieur.

- Un transfert d’énergie s’effectue de la tasse de café vers le milieu extérieur (ME).

- La tasse de café cède de l’énergie sous forme de transfert thermique, notée Q, au milieu extérieur.

transfert thermique

- Un transfert thermique a pour conséquence macroscopique une modification de la température T (ou θ) ou un changement d’état physique du système.