0052-3ACh1. Perte de chaleur à travers un mur de béton
Un mur de béton d’une surface de 20 m2 et d’épaisseur 30 cm sépare une pièce sous air conditionné de l’extérieur. La température de la surface intérieure est maintenue à 25°C, et la conductivité thermique du béton est de 1 Wm-1K-1. 1-) Déterminer le flux de chaleur pour des températures de la surface extérieure allant…
0053-3ACh1. Épaisseur minimale d’isolant des faces d’un congélateur
Note culturelle : Dans les nouveaux congélateurs, l’échangeur froid (évaporateur) est installé dans la paroi afin de réduire au maximum la formation du givre (Il est ainsi possible d’atteindre jusqu’à 70% de givre en moins dans certains systèmes). Cet échangeur est noyé dans une mousse isolant sur les 4 faces de l’appareil (5 faces si…
0054-3ACh1. Température entre les faces d’un chip en silicium
Un chip en silicium (λ = 150 W.m-1K-1) carré (5 X 5 mm2) et d’épaisseur 1 mm, est monté dans un substrat de façon à ce que ses côtés et la surface arrière soient parfaitement isolés. La face avant est refroidie par circulation d’air. Les circuits sur la face arrière du chip dissipent une puissance…
0055-3ACh1. Densité de flux de chaleur sortant d’une sphère*
La densité de flux de chaleur sortant d’une sphère homogène de rayon R = 10 cm est uniforme sur toute la surface (voir figure ci-dessous). On donne la conductivité thermique du matériau : k = 1,7 W.m-1°C-1. 1-) Calculer sa valeur si la sphère est le siège d’une production de chaleur uniforme ω = 15…
0056-3ACh1. Température ressentie par convection dans un fluide
Le passager d’une voiture roulant à 35 km.h-1 sort la main par une fenêtre (voir figure ci-dessous). L’air ambiant est à -5°C et la surface de la main est à 30°C. Le coefficient d’échange convectif est de 40 Wm-2K-1. Plus tard cette personne met sa main dans une rivière à 10°C, l’eau s’écoulant à 0,2…
0057-3ACh1. Résistance électrique chauffante
Une résistance électrique chauffante est insérée dans un tube cylindrique de 30 mm de diamètre (voir figure ci-dessous). Une puissance de 28 kW par mètre est nécessaire pour maintenir la température de la surface à 90°C quand le tube est plongé dans un courant d’eau à 25°C, le croisant à la vitesse de 1 m.s-1.…
0058-3ACh1. Rayonnement d’une étoile*
La température effective d’une étoile est directement reliée à la puissance totale qu’elle rayonne. C’est par définition la température d’un corps noir dont la surface émettrait la même puissance par unité de surface que l’étoile. La constante solaire est la quantité d’énergie solaire que recevrait une surface de 1 m2 située à une distance de…
0059-3ACh1. Refroidissement d’un corps noir par rayonnement
Un corps sphérique de rayon R = 10 m est assimilé à un corps noir de température T = 1000 K. Il est supposé seul dans l’espace. On note ρ = 1000 kg/m3 sa masse volumique et c = 5000 J/kg/K sa capacité thermique massique. 1-) Quelle variation de sa température provoque le rayonnement en…
0060-3ACh1. Étude d’une lampe à incandescence
L’éclairage est un besoin ancestral qui remonte à l’Homme préhistorique qui l’a en premier comblé par la maitrise du feu. L’Homme a ensuite inventé la bougie/chandelle puis la lampe à huile. Ensuite les nouvelles technologies développées ont suivi les progrès techniques de la société. La lampe à pétrole a suivi la découverte et l’exploitation du…
0061-3ACh1. Chauffage d’une plaque par énergie solaire
Soit une fine plaque de métal isolée sur sa surface arrière et dont la face avant est exposée au rayonnement solaire (voir figure ci-dessous). La surface exposée possède une absorptivité α = 0,6. On suppose que le flux solaire incident arrivant sur la plaque est φ = 700 W.m-2 et que l’air environnant est à…
0062-3ACh1. Coefficient de transfert convectif d’un câble électrique
Soit un câble électrique de diamètre D = 0,2 cm et de longueur L = 2,1 m placé dans une pièce maintenue à la température T∞ = 20°C. Ce câble est parcouru par un courant électrique I = 3A et la tension mesurée est U = 100 V. Au sein de ce câble est alors…
0153-3ACh1. Efficacité d’un panneau photovoltaïque
L’irradiance est un terme utilisé en radiométrie pour quantifier la puissance d’un rayonnement électromagnétique frappant par unité de surface perpendiculaire à sa direction. C’est la densité surfacique du flux énergétique arrivant au point considéré de la surface. Dans le système international d’unités, l’irradiance s’exprime donc en (W/m2 ). On souhaite installer sur le toit d’une…
0175-3ACh1. Température au foyer du grand Four Solaire d’Odeillo*
Note Culturelle : Le Four Solaire d’Odeillo est un laboratoire de recherche du CNRS spécialisé dans différentes études thermiques à haute température : les systèmes caloporteurs, la conversion d’énergie et le comportement des matériaux dans des environnements extrêmes. Les domaines de recherches concernés par ces études sont étendus aux industries aéronautiques, aérospatiales et automobiles. Situé…
0185-3ACh1. Transferts thermiques dans un collecteur solaire cylindro-parabolique à concentration*
Dans les régions du globe fortement ensoleillées, idéalement supérieures à 1900 kWh.m-2.an-1, la production de chaleur peut être réalisée à partir d’une centrale solaire thermodynamique. On s’intéresse ici à une centrale solaire constituée de miroir cylindro-parabolique (voir Figure ci-dessous). Plus précisément, l’objet de l’étude concerne le tube de l’absorbeur muni d’une enveloppe en verre. Dans…
0215-3ACh1. Refroidissement cryogénique des télescopes infrarouges*
L’observation des rayonnements infrarouges provenant de l’espace (des Étoiles jeunes par exemple) peut se faire à l’aide de télescopes. Dans ce domaine de longueurs d’onde, plusieurs difficultés émergent. D’une part, ces rayonnements sont fortement absorbés par l’atmosphère. D’autre part, l’atmosphère et les instruments de mesure émettent également du rayonnement infrarouge. On peut s’affranchir du problème…
Schoolou 