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L'ÉNERGIE : CONVERSIONS ET TRANSFERTS

Exercice d'application

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Annales PC

Le rayonnement du corps humain se fait essentiellement dans l’infrarouge.

On réalise au laboratoire une expérience avec une lampe à halogène dont le spectre est donné figure 1. La radiance est proportionnelle à la puissance du rayonnement par unité de surface.

Figure 1 : spectre de la lampe à halogène utilisée. D’après : le monde en image CCDMD.

Q4. Indiquer le domaine d’onde dans lequel la lampe à halogène émet le plus de rayonnement et justifier son utilisation pour l’étude du transfert thermique à travers les couvertures.

On réalise l’expérience ci-dessous avec la couverture de survie puis avec la couverture en laine. Le thermomètre est relié à un dispositif d’acquisition assisté par ordinateur. On mesure la température, en degré Celsius, à intervalle de temps régulier exprimé en seconde.

Figure 2 : schéma du dispositif expérimental

Données :
- épaisseur de la plaque de liège : 1,0 cm ;
- masse de la plaque de liège : 72,4 g ;
- capacité thermique massique du liège : c_liege = 2008 J·K^-1·kg^-1.

On obtient les courbes, figures 3 et 4, qui donnent l’évolution de la température du liège en fonction du temps.

On modélise la partie rectiligne de chaque courbe, correspondant à un flux constant, pour déterminer le coefficient directeur $\dfrac{\Delta T}{\Delta t}$ en °C·s^-1.

Figure 3 : évolution de la température du liège en fonction du temps, dans l’étude de la couverture de survie.

Figure 4 : évolution de la température du liège en fonction du temps, dans l’étude de la couverture en laine.

Q5. Montrer que l’expression de la variation d’énergie interne d’un système incompressible peut s’exprimer : $\Delta U = m \times c \times \Delta T$ avec $m$ : masse du système ; $c$ : capacité thermique massique du système ; $\Delta T$ : variation de température du système.

Q6. Exprimer le flux thermique $\phi$ à travers la plaque de liège en fonction de la variation de température et du temps.

Pour chaque expérience en régime permanent, on suppose que le flux thermique qui traverse la couverture est le même que celui qui traverse la plaque de liège.

Q7. Comparer l’efficacité des deux couvertures à retenir la chaleur corporelle.

L'énergie : conversions et transferts
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