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. 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 ms-1 et le…
0057-3ACh1. Résistance électrique chauffante
Une résistance électrique chauffante est insérée dans un tube cylindrique de 30 mm de diamètre. 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. Une puissance de…
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
Une lampe à incandescence alimentée sous une tension efficace V = 220 V consomme une puissance P = 100 W. Cette lampe est constituée d’un filament de tungstène de section circulaire, placé au centre d’une ampoule en verre de forme sphérique. On assimile le filament à un corps noir convexe dont la température est de…
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. 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 la température Ta…
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…
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