Transcript Activité 21 : Résistance thermique

Chap XVII - Transferts thermiques d'énergie
Comprendre - Lois & modèles
Activité 21 : Résistance thermique
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La chaleur Q transférée pendant une durée Δt à travers une
surface est une énergie.
Q
La puissance thermique Pth est : Pth =
Δt
Une barre cylindrique en aluminium est chauffée à l'une de
ses extrémités par un fer à souder, de puissance P ajustable
grâce à un générateur de tension réglable.
L'extrémité inférieure plonge dans un mélange eau liquide /
glace à la température T0 = 0,0°C.
Trois capteurs de température (thermistances) sont disposés
le long de la barre à 7 cm les uns des autres, le premier à 7
cm de la surface de l'eau.
L'ensemble (barre en aluminium, fer à souder, capteurs de
température) est isolé thermiquement par de la laine de
verre, sauf la partie immergée de la barre en aluminium.
• On note la température T3 indiquée par la thermistance située à 21 cm de la surface de l'eau lorsque
sa valeur est stabilisée, en régime dit stationnaire. L'opération est répétée plusieurs fois en ajustant
la puissance P du fer à souder aux valeurs indiquées dans le tableau suivant :
P (W)
T3 (°C)
15
42,2
20
56,1
25
69,9
30
84,5
35
97,9
40
111,8
• Dans un second temps, pour une puissance électrique fixée à P = 40 W, on relève les températures
données par les deux autres capteurs :
T1 = 37,0°C à 7 cm de la surface de l'eau ;
T2 = 74,2°C à 14 cm de la surface de l'eau.
TS - Année 2013 -2014
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Chap XVII - Transferts thermiques d'énergie
Comprendre - Lois & modèles
1.
2.
Quel est le rôle de la laine de verre ?
Lorsque le régime stationnaire est atteint, quelles sont les hypothèses permettant de considérer que
la puissance thermique Pth transférée à la barre est égale à la puissance P dissipée par effet Joule
dans le fer à souder ?
3.a. Représenter graphiquement la différence de température T3 - T0 en fonction de P.
3.b. En déduire que le rapport (T3 - T0) / Pth, appelée résistance thermique Rth de la barre pour une
longueur de 21 cm est constante. Calculer sa valeur.
4. Calculer la résistance thermique pour une longueur de barre égale à 7 cm, puis à 14 cm.
5. La loi de Fourier, du nom du physicien français Joseph Fourier qui l'établit en 1822, relie la
différence de température T2 - T1 entre les deux faces d'une paroi et la puissance du transfert
thermique qui la traverse : T2 - T1 = RthPth. Rappeler la loi d'Ohm et faire l'analogie avec la loi de
Fourier.
6. Comment Rth varie si la paroi est :
6.a. de surface plus grande ?
6.b. d'épaisseur plus grande ?
6.c. constituée d'un matériau meilleur conducteur thermique ?
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