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bilan

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4.3.1. Identifier sur les schémas fournis la représentation simplifiée d’un mur capteur et d’un mur trombe
4.3.2. Compléter ces schémas en représentant et nommant les transferts thermiques mis en jeu.
WATT ELSE (REPONSES)
1. Analyse du problème et formulation d’un protocole expérimental
Proposer un protocole expérimental permettant de le vérifier. Préciser les mesures effectuées.
Matériel : lampe, plaque de liège, plaque de verre, plaque de contreplaqué, thermomètres.
Placer une lampe près d’une plaque d’un des matériaux.
Positionner un thermomètre de chaque côté de la plaque. Les thermomètres ne doivent pas toucher
la plaque.
Relever la température, de chaque côté de la plaque : TA côté lampe et TB côté opposé à la lampe :
-à un instant t = 0 quand la lampe est éteinte
-au bout d’une durée déterminée (3 min dans notre expérience)
Calculer la différence de températures : TB – TA
Réaliser les mêmes mesures, avec une plaque d’un autre matériau, dans les mêmes conditions :
-utiliser des plaques de même épaisseur et de même surface
-placer ces plaques à la même distance de la lampe
Mesurer les températures TA et TB après une même durée.
Ceci permet de comparer l’isolation thermique des différents matériaux.
(il ne faut faire varier qu’un paramètre à la fois (ici le matériau utilisé) pour être en mesure de
l’étudier.)
2. Réalisation de l’expérience et résultats
t=0
t = 3 min
TA0
TB0
19,8 °C
19,8 °C
verre
20,4 °C
20,2 °C
contreplaqué
20,5 °C
20,3 °C
liège
3. Exploitation des résultats obtenus
TA3
22,9 °C
24,7 °C
21,2 °C
TB3
21,9 °C
21,9 °C
27,4°C
TA – TB
après 3 min
(1,0 ± 0,7)°C
(2,8 ± 0,7)°C
(6,2 ± 0,7)°C
3.1. Identifier les types de transferts thermiques qui ont lieu lors de l’expérience :
3.1.1. pour la lampe, la lampe chauffe l’air par rayonnement
3.1.2. dans l’air, l’air se réchauffe par convection
3.1.3. dans le matériau testé. le matériau testé se réchauffe par conduction
3.2. Calculer dans la dernière colonne, ΔTA – ΔTB , l’écart de température entre les 2 faces après les trois minutes de
fonctionnement de la lampe.
Remarque : L’écart sera exprimé sous la forme ∆TA – ∆TB = (∆TA – ∆TB) ± U(T) où U(T) correspond aux incertitudes élargies de mesure.
é
U(T) =
√
=
,
√
+
,
√
l’incertitude élargie est donc : 2×
×
,
√
+
,
√
+
,
√
béton
Principe du mur trombe
rayonnement
Principe du mur capteur
conduction
convexion
4.3.3. Quel est l’intérêt d’utiliser un mur capteur ou un mur trombe ?
Le mur emmagasine de l’énergie en journée sous l’effet du rayonnement solaire et il restitue
cette énergie pendant la nuit lorsque le rayonnement n’apporte plus d’énergie.
4.4. Faire l’activité 2 page 428-429 du livre.
Compléter le tableau (à l’exception de la dernière colonne) en suivant le protocole :
s=
verre
,
√
=
,
√
= 0,7°C .
3.3. En comparant l’écart de température pour chaque matériau.
3.3.1. Proposer un classement des matériaux utilisés du meilleur isolant thermique au moins bon isolant thermique.
D’après la dernière colonne du tableau, le classement du plus isolant au moins isolant est :
liège > contreplaqué > verre.
3.3.2. En déduire le lien entre la conductivité thermique λ d’un matériau et sa capacité d’isolation.
λliège < λcontreplaqué < λverre.
Plus la conductivité thermique est grande, moins le matériau est isolant.
Rq : λ exprime la quantité de chaleur traversant en 1 s 1 mètre de matériau homogène pour un
écart de température de 1°C entre ses deux faces.
4. Faire des économies d’énergie.
4.1. A l’aide des expériences réalisées précédemment, expliquer en quoi " La fenêtre est, d'un point de vue thermique, le
maillon faible de la paroi extérieure ".
Les expériences ont montré que le verre est un mauvais isolant thermique, il permet certes de
laisser l’énergie extérieure rentrer en journée dans la maison (par rayonnement) mais la fenêtre
laisse l’énergie thermique s’échapper la nuit.
4.2. A l’aide des expériences réalisées précédemment, argumenter sur le rôle du volet occultant la nuit.
Les expériences ont montré que le bois (ou plutôt le contreplaqué) testé est un bon isolant
thermique. La nuit il empêchera donc la déperdition thermique permise par la seule fenêtre.
1. Analyser les documents
a. En 2004, le secteur du bâtiment représente 43,5 % de la consommation d’énergie française,
ce qui est énorme ! Le Grenelle de l’environnement impose une réduction de la consommation
énergétique des bâtiments.
b. Le solaire, la géothermie, la biomasse, l’éolien sont des ressources d’énergie renouvelables
permettant de produire de l’énergie domestique.
c. Un arbre à feuilles caduques renouvelle ses feuilles chaque année. C’est pourquoi un tel arbre
peut être utilisé pour réduire l’apport solaire en été ; tandis qu’en hiver, lorsque les feuilles seront
tombées, les rayons du soleil pourront venir chauffer le bâtiment. C’est pourquoi un arbre à feuilles
caduques doit être planté devant la terrasse, au sud ou à l’ouest de la maison écologique afin que
son ombre rafraîchisse le bâtiment en été, aux heures chaudes.
d. Les pièces à vivre (salle à manger, salon) sont orientées au sud pour profiter des apports
solaires en hiver et d’une bonne luminosité toute l’année. Un toit débordant limite les surchauffes
en été et abrite de la pluie en hiver.
2. Interpréter
a. À partir de 2013, la consommation maximale d’énergie primaire autorisée est de 50 kWh par
mètre carré et par an. Pour que l’utilisateur dispose de 1 kWh d’énergie électrique, il faut qu’une
centrale électrique produise 2,58 kWh d’énergie primaire.
×
Pour 1 m², l’énergie maximale autorisée vaut : , = 19 kWh
soit 19 kWh⋅⋅m-2⋅an-1 autorisé pour une maison neuve "tout" électrique.
b. L’isolation de cette maison semble défaillante au niveau des fenêtres puisqu’elles
apparaissent en rose sur le document 3: les déperditions thermiques sont importantes puisque la
température de la paroi est élevée par rapport à celle des autres zones.
c. Pour la maison du document 2 : énergie produite = 4 700 + 3 300 + 5 000 = 13 000 kWh
énergie consommée = 14 000 + 5 000 = 19 000 kWh
Sur un an, le bilan énergétique est de : 13 000 – 19 000 = -6 000 kWh
La maison consomme davantage d’énergie qu’elle n’en produit. Ce n’est pas une construction à
énergie positive.
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