0063-3ACh2. Température au centre d’un conducteur cylindrique*
On considère le conducteur cylindrique ci-dessous : de résistivité ρ, de conductivité thermique λ1 et de rayon R1, entouré d’une gaine concentrique isolante de rayon extérieur R2 et de conductivité thermique λ2. Le fil infiniment long, est parcouru par un courant d’intensité I et le contact conducteur/isolant est supposé parfait. On appelle Ta la température…
0064-3ACh2. Énergie thermique stockée dans un mur plan
La distribution de température à travers un mur d’épaisseur emur = 1 m est donnée à chaque instant t, par : T(x) = a + bx +cx2, où T est exprimée en K et x en m. L’origine des x est prise sur la face la plus chaude. Une puissance thermique volumique de w0 =…
0065-3ACh2. Température au sein d’un écran de protection contre les radiations nucléaires*
Les rayonnements radioactifs peuvent pénétrer dans la matière sur quelques centimètres avant d’être stoppés. Mais tous n’ont pas la même facilité à pénétrer la matière : certains sont arrêtés par une simple feuille de papier, alors que d’autres traversent du métal, voire du béton. Le rayonnement alpha est notamment arrêté par une simple feuille de papier,…
0066-3ACh2. Puissance calorifique dans une barre métallique cylindrique
Un courant I circule dans une barre métallique cylindrique de diamètre D (voir figure ci-dessous), de résistivité ρ et de conductivité λ. 1-) Quelle est la puissance calorifique ω dégagée par effet Joule et par unité de volume ? 2-) Calculer la différence de température entre l’axe du cylindre et la surface extérieure. 3-) Faire…
0067-3ACh2. Stockage d’azote liquide*
On stocke de l’azote liquide à 77 K dans une sphère de 1 m de rayon intérieur et d’épaisseur négligeable. On entoure la sphère d’un isolant de conductivité 0,02 W.m-1.K-1 et d’épaisseur 15 cm. On recouvre la surface extérieure par une sphère d’aluminium supposée parfaitement réfléchissante. On suppose que la température de la paroi intérieure…
0068-3ACh2. Flux de chaleur dans un combustible nucléaire
Une puissance thermique de 5.107 W.m-3 est déposée uniformément dans les tiges de combustibles cylindriques (de diamètre 50 mm) d’un réacteur nucléaire (voir figure ci-dessous). La distribution de température en régime permanent est donnée par : T(r) = a + br2, où T s’exprime en °C, r en m. Le matériau combustible a une conductivité…
0152-3ACh2. Mur plan avec production interne de chaleur
On considère un mur plan d’épaisseur e, constitué d’un matériau homogène et isotrope, de conductivité thermique λ. La hauteur et la profondeur du mur sont très grandes devant l’épaisseur pour que l’évolution de la température soit considérée unidirectionnelle (voir figure ci-dessous). Le mur est le siège d’une production volumique de chaleur W0(W/m3), on admettra par…
0156-3ACh2. Échanges thermiques simplifiés du fuselage d’un avion*
On assimile le fuselage d’un avion à un cylindre de rayon intérieur Ri d’épaisseur e et de longueur L (voir Figure ci-dessous). Il est constitué d’un matériau de conductivité thermique λ. La longueur L étant grande devant Ri, on négligera l’influence des extrémités ; seule la surface latérale de ce cylindre sera prise en compte…
0180-3ACh2. Crayon fissile pour réacteur nucléaire*
Note Culturelle : L’énergie fournie par une centrale nucléaire a pour origine la fission d’un atome lourd en atomes plus légers. Cette fission est initiée par une particule appelée neutron. Chaque réaction de fission produit aussi des neutrons qui à leur tour provoqueront de nouvelles fissions. Une réaction en chaîne est ainsi établie. Le combustible…
0183-3ACh2. Étude de la diffusion thermique dans une barre de cuivre*
On cherche à étudier le phénomène de diffusion thermique dans une barre cylindrique de cuivre, de diamètre d = 15 mm et de conductivité thermique λ (voir Figure ci-dessous ). À cet effet, on creuse une cavité à l’extrémité de la barre (en z = 0) pour y placer une résistance chauffante Rch = 8Ω.…
0193-3ACh2. Caractéristiques thermiques du cuivre
Partie I : Généralités sur la conduction thermique Considérons un milieu métallique continu, isotrope, homogène constitué de cuivre. On note ρ la masse volumique du cuivre, c sa capacité thermique massique, λ sa conductivité thermique et Dth sa diffusivité thermique. Toutes ces grandeurs sont uniformes et constantes au cours du temps. Les échanges thermiques au…
0199-3ACh2. Conduite cylindrique de transport de bitume*
On utilise pour alimentation en bitume du malaxeur d’une centrale d’enrobage, une conduite cylindrique en acier (voir figure ci-dessous). Le diamètre intérieur de la conduite est de D1 = 100 mm et son épaisseur est de e = 10 mm. La température T1 de la surface intérieure du tuyau est de 120°C. La température de…
0202-3ACh2. Méthode Photothermique de mesure d’une température*
Le problème traite de la mesure de la température d’un corps. Plus précisément, ce problème va permettre d’étudier la méthode Photothermique. Cette dernière présente un intérêt dans certaines applications où la mesure d’une température à l’aide d’un thermomètre de contact est impossible (températures élevées, objets éloignés,…). La méthode Photothermique de mesure de la température T0…
0216-3ACh2. Bioénergétique et conduction thermique sur une Chouette Harfang
Le Harfang des neiges (voir Figure-01), appelé aussi Chouette Harfang, est un oiseau qui vit principalement dans la toundra arctique. L’objectif de ce problème est d’étudier la capacité des harfangs à résister au froid rigoureux et aux vents parfois violents qui règnent dans la toundra en hiver. Partie I-Conduction thermique Pour établir des bilans énergétiques…
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