Noms  :  Prénoms  :  Classe  :  

Sujet  à  rendre  obligatoirement  avec  le  compte-­‐‑rendu  de  TP    

Activité  expérimentale  n°6  :  Diagnostique  thermique  d’une  habitation.    

Barème    S’approprier    

   /3    Communiquer    

   /2          

Valider  /1          

Analyser  /11          

Réaliser  /3        

Total  :            /20  

Questions   Capacités  attendues   Compétence  visée   Points  attribués  

Remarques  1.1   Extraire  des  informations   S’approprier   /1    1.2   Exploiter  des  informations.   Analyser     /1  

1.3   Exploiter  des  informations.   Analyser     /1  

1.4   Extraire  des  informations   S’approprier   /1  

1.5   Extraire  des  informations   S’approprier   /1  

2.1.1   Faire  un  schéma  adapté   Réaliser   /1  

2.3.1   Exploiter  des  résultats   Analyser   /1  

2.3.2   Exploiter  des  résultats   Analyser   /1  

2.3.3   Exploiter  des  résultats   Analyser   /1  

3.1.1   Faire  un  schéma  adapté   Réaliser   /1  

3.3.1   Exploiter  des  résultats   Analyser   /1  

3.3.2   Interpréter  des  résultats   Valider   /1  

4.1   Réaliser  un  protocole   Réaliser   /1  

4.3.1   Exploiter  des  résultats   Analyser   /1  

4.3.2   Exploiter  des  résultats   Analyser   /1  

4.3.3   Exploiter  des  résultats   Analyser   /1  

4.3.4   Exploiter  des  résultats   Analyser   /1  

4.3.5   Exploiter  des  résultats   Analyser   /1  

Devoir  global  

Rendre  compte  à  l’écrit  en  utilisant  un  vocabulaire  scientifique  adapté  et  rigoureux,  et  présenter  son  travail  sous  une  forme  appropriée.  

Communiquer    /1  

Travailler  en  équipe,  partager  des  tâches,  s’engager  dans  un  dialogue  constructif,  accepter  la  contradiction  tout  en  défendant  son  point  de  vue,  faire  preuve  de  diplomatie,  négocier  et  rechercher  un  consensus.  

Communiquer  /1      

                                       

Introduction  :    Aujourd’hui,  de  nombreuses  maisons  neuves  sont  chauffées  pas  le  sol.  La  structure  de  ce  type  de  sol  chauffant  est  montrée  sur  le  schéma  suivant  :  

 •   Du  point  de  vue  thermique,  quels  paramètres  doivent  être  pris  en  compte  lors  du  choix  

du  revêtement  de  sol  et  de  la  couche  isolante  ?  •   Comment  s’effectue  le  transfert  thermique  entre  le  sol  et  l’intérieur  de  la  maison  ?  •   Comment  la  chaleur  circule-­‐‑t-­‐‑elle  dans  la  pièce  chauffée  ?  

 Document  1  :  Le  sens  des  transferts  thermiques  et  l’équilibre  thermique  (A  SAVOIR).    Un  transfert  de  chaleur  s'effectue  toujours  spontanément  du  corps  chaud  vers  le  corps  froid.    

L'équilibre  thermique  est  atteint  lorsque  les  corps  sont  à  la  même  température.    

Source  :  Livre  de  physique  chimie  de  1STI2D  Hachette  (Collection  Durandeau)  

   Document  2  :  Transferts  d’énergie  thermique  pour  une  habitation.  (A  SAVOIR)    

 Document  3  :  Répartition  des  déperditions  de  chaleur  dans  une  habitation.    (A  SAVOIR)  

Document  4  :  Modes  de  transferts  thermiques.  (A  SAVOIR)    

•   La  conduction  :    

C’est  la  transmission  d’énergie  de  proche  en  proche  dans  la  partie  solide  d’un  matériau.    

La  chaleur  se  propage  avec  plus  ou  moins  de  facilité  suivant  la  nature,  les  caractéristiques  et  la  géométrie  du  matériau.    

•   La  convection  :    

Ce  mécanisme  de  transfert  de  chaleur  est  propre  aux  fluides  (gaz  ou  liquide).    

Au  contact  d’un  élément  chaud  le  fluide,  de  l’air  par  exemple,  se  met  en  mouvement  et  se  déplace  vers  l’élément  froid  au  contact  duquel  il  perd  sa  chaleur  créant  ainsi  un  mouvement  vertical  qui  accélère  les  échanges  thermiques  entre  les  2  éléments.    

 

•   Le  rayonnement  :    

C’est  le  transfert  de  chaleur  d’un  élément  à  un  autre  par  onde  électromagnétique  sans  contact  direct.    

Ce  type  de  transfert  ne  nécessite  pas  de  support  matériel  il  peut  se  produire  même  dans  le  vide.    

       Document  5  :  La  conductivité  thermique  d’un  matériau.  (A  SAVOIR)      La  grandeur  qui  caractérise  le  comportement  d'un  matériau  lors  d'un  transfert  thermique  par  conduction,  est  sa  conductivité  thermique  λ  qui  s'exprime  en  W/m.K.    

Plus  la  conductivité  thermique  d'un  matériaux  augmente  plus  ce  dernier  conduit  bien  la  chaleur.    

Source  :  http://www.construireavecsaint-­gobain.fr/  

           

 Document  6  :  Le  rayonnement  infrarouge.    Les  rayonnements  qui  contribuent  au  transfert  de  chaleur  ont  une  longueur  d'onde  comprise  entre  1  μm  et  100  μm  (rayonnement  infrarouge).    

 Source  :  http://www.paroisvitreesrt2012.fr/fermetures-­et-­stores  

   

1   Etude  préliminaire.      1.1.   Attribuer  un  ou  plusieurs  modes  de  transferts  thermiques  aux  

différentes  déperditions  de  chaleur  d’une  habitation  (document  3).  1.2.   En  déduire  pourquoi  il  y  a  plus  de  déperdition  de  chaleur  par  les  toits  

que  par  les  murs.  1.3.   Proposer  des  solutions  à  mettre  en  place  pour  limiter  ces  déperditions.  1.4.   Classer  les  différents  matériaux  disponibles  (document  5)  du  plus  

isolant  au  moins  isolant  sans  manipulation.  1.5.   Quels  rayonnements  une  caméra  thermique  capte-­‐‑t-­‐‑elle  ?  

   

2   Quelle  est  la  caractéristique  des  revêtements  qui  protègent  du  froid  ?  

 2.1.   Manipulations.  (dispositif  Doc  1  p  38)  

 Trois  canettes  sont  recouvertes  de  revêtements  différents,  on  verse  simultanément,  à  l’aide  d’entonnoirs,  250  mL  d’eau  chaude  à  40°C  environ  dans  chaque  canette,  on  insère  les  capteurs  de  température  reliés  à  une  console  d’acquisition  de  données,  on  remue  et  on  lance  l’acquisition.  

   

2.1.1.   Faire  un  schéma  annoté  et  des  phrases  explicatives      

2.2.   Résultats.    

On  obtient  :  -­‐   Courbe  1,  avec  un  emballage  de  protection  à  bulles  d’air  (5mm).  -­‐   Courbe  2,  avec  un  emballage  de  protection  en  mousse  (2mm).  -­‐   Courbe  3,  avec  un  tissu  en  coton.  

 

   

 2.3.   Exploitation  des  résultats.  

   

2.3.1.  A  partir  des  courbes  d’évolution  de  la  température,  classer  les  revêtements  en  fonction  de  leur  capacité  à  résister  le  mieux  à  la  perte  de  chaleur  de  la  canette.  

2.3.2.   Classer  qualitativement  ces  revêtements  en  fonction  de  la  quantité  d’air  emprisonné  qu’ils  contiennent.    

2.3.3.   Quelles  sont  les  caractéristiques  des  revêtements  qui  protègent  du  froid  ?  

 

3   Quelle  est  la  caractéristique  des  revêtements  qui  protègent  du  rayonnement  salaire  ?  

 3.1.   Manipulations.  (dispositif  Doc  2  p  38)  

 Trois  lampes  identiques  sont  placées  devant  trois  écrans  (papier  blanc,  papier  noir,  couverture  de  survie),  à  même  distance.  Derrière  chaque  écran  une  sonde  de  température  est  placée  tout  contre.  On  enregistre  l’évolution  de  la  température  durant  15  minutes.    

3.1.1.   Faire  un  schéma  annoté  et  des  phrases  explicatives                    

3.2.   Résultats.      

   

 3.3.   Exploitation  des  résultats.  

   

3.3.1.   Classer  les  revêtements  en  fonction  de  leur  capacité  à  protéger  le  corps  contre  la  chaleur  due  au  rayonnement  solaire.  

3.3.2.   Proposer  une  interprétation.  

 

4.   Comment  s’effectuent  les  transferts  thermiques  d’un  corps  chaud  vers  un  corps  froid?  

 4.1.   Manipulation.  (dispositif  Doc  3-­‐‑4-­‐‑5  p  39)  

Expérience  1  :  (à  réaliser)  Placer  sur  différents  métaux  (Fer,  cuivre,  aluminium,  zinc)  de  la  paraffine,  puis  chauffer  l’ensemble  avec  une  bougie.  Observer  les  métaux  qui  permettent  la  fusion  la  plus  rapide  de  la  paraffine.  Expérience  2  :  (à  réaliser)  Mettre  quelques  cristaux  de  permanganate  de  potassium  dans  un  bécher  d’eau  froide,  chauffer  le  bécher.  Observer.  Expérience  3  :  Remplir  une  petite  cuve  d’encre  noire  à  température  ambiante.  Noter  la  valeur  de  cette  température.  Placer  la  cuve  dans  une  cloche  à  vide,  avec  le  thermomètre.  Réaliser  un  vide  partiel  dans  la  cloche  avec  une  pression  de  l’ordre  de  200hPa.  Orienter  sur  la  cuve  un  faisceau  de  lumière  intense  obtenu  à  partir  d’une  lampe  et  d’un  condenseur.  Noter  la  température  de  l’encre  au  bout  de  quelques  minutes.            

 4.2.   Données  et  Résultats  :  •   Données  pour  l’expérience  1  :  

   

 •   Résultats  expérience  3  :  

 4.3.   Questions  :  

Dans  la  matière  un  transfert  thermique  peut  s’effectuer  :  -­‐   Par  conduction,  sans  déplacement  de  matière.  -­‐   Par  convection,  avec  déplacement  de  matière.  -­‐   Par  rayonnement.  

 4.3.1.   Quelle  expérience  illustre  la  conduction  ?  4.3.2.   Classer  les  matériaux  testés  en  fonction  de  leur  capacité  à  

conduire  la  chaleur  par  conduction.  4.3.3.   Quelle  expérience  illustre  la  convection  ?  4.3.4.   Comment  interpréter  le  mouvement  de  matière  observé  lors  

de  ce  mode  de  transfert  thermique  ?  4.3.5.   Quelle  expérience  illustre  le  transfert  thermique  par  

rayonnement  ?  Ce  type  de  transfert  nécessite-­‐‑t-­‐‑il  un  milieu  matériel  ?