Transferts thermiques

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Énergie, matière et rayonnement - Concours Puissance 11
Type : Exercice | Année : 2016 | Académie : Inédit

Transferts d’énergie

pchT_1600_00_03C

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FESIC 2016 • Exercice 12

Transferts d’énergie

Transferts thermiques

Le vitrage d’une fenêtre d’immeuble a une surface S = 2,5 m2. Il est constitué de deux vitres d’une épaisseur e1 = 4,0 mm chacune, séparées par une couche d’air d’épaisseur e2 = 16 mm, soit une épaisseur totale de 24 mm. Le graphique ci-dessous représente l’évolution de la température dans ce double vitrage en fonction de la distance x mesurée depuis la face extérieure.

Les températures des deux faces externes du double vitrage sont constantes au cours du temps. Le flux thermique qui traverse l’ensemble est égal à 40 W.

pchT_1600_00_03C_01

pchT_1600_00_03C_02

Données

Le flux thermique 154184-Eqn1 (en watt) s’exprime en fonction de la résistance thermique Rth et de la différence de température ΔT (en kelvin) selon la relation 154184-Eqn2.

Résistance thermique d’une paroi de 2,5 m2 :

Matériau

Rth (en K ⋅ W–1)

Vitre de 24 mm d’épaisseur

8,0 × 10–3

Béton de 20 cm d’épaisseur

8,5 × 10–2

Pour chaque affirmation, indiquez si elle est vraie ou fausse.

a) Il fait plus chaud à l’intérieur de l’immeuble qu’à l’extérieur.

b) La résistance thermique de la paroi vitrée double vitrage est égale à 0,40 K ⋅ W–1.

c) Un mur de béton de même surface et de 20 cm d’épaisseur est un meilleur isolant thermique que la paroi en double vitrage.

d) On remplace le double vitrage d’épaisseur totale égale à 24 mm par un simple vitrage d’épaisseur e3 = 24 mm et de même surface. Le flux thermique est 5 fois plus élevé.

Corrigé

Corrigé

a) Vrai. Dans les documents, on constate que pour x = 0 on est à l’extérieur, or pour x = 0 la température est plus froide que pour x = 20 cm.

b) Vrai. On a : R = 154184-Eqn3.

c) Faux. La résistance thermique du béton étant plus faible, celui-ci est moins isolant que le double vitrage.

d) Faux. On a : 5 × 8 × 10–3 = 4,0 × 10–2 154184-Eqn410–1.