Terminale S 2016-2017
Kartable
Terminale S 2016-2017

Manipuler la relation du flux thermique en fonction de la quantité de chaleur

Méthode 1

Afin de calculer le flux thermique

Lorsque deux systèmes échangent de la chaleur, il se produit un flux thermique Φ entre les systèmes. On détermine ce flux à partir de la quantité de chaleur ΔEQ échangée entre les deux systèmes et la durée Δt que dure cet échange.

Un radiateur émet une chaleur de 2,0 KJ pendant 1,0 h. Déterminer le flux thermique engagé.

Etape 1

Rappeler l'expression du flux thermique Φ

On rappelle la relation permettant d'exprimer le flux thermique Φ (en W) à partir de la quantité de chaleur échangée ΔEQ (en J) et de la durée de l'échange Δt (en s) :

Φ=ΔEQΔt

Le flux thermique Φ est donné par l'expression :

Φ=ΔEQΔt

Etape 2

Relever les valeurs de Δt et de ΔEQ

On relève les valeurs de la quantité de chaleur échangée ΔEQ et de la durée de l'échange Δt fournies dans l'énoncé.

D'après l'énoncé, on a :

  • ΔEQ=2,0 kJ
  • Δt=1,0 h
Etape 3

Exprimer les paramètres dans les bonnes unités

Les paramètres sont la quantité d'énergie échangée et la durée de l'échange. On vérifie que :

  • La quantité de chaleur échangée est exprimée en J.
  • La durée de l'échange est exprimée en s.

Si ce n'est pas le cas, on effectue les conversions nécessaires.

On exprime les paramètres dans la bonne unité :

  • La quantité de chaleur échangée doit être exprimée en J : ΔEQ=2,0×103 J
  • La durée de l'échange doit être exprimée en s : Δt=3 600 s
Etape 4

Effectuer l'application numérique

On effectue l'application numérique afin de calculer le flux thermique.

On obtient :

Φ=2×1033 600

Φ=0,56 W

Etape 5

Exprimer le résultat avec le bon nombre de chiffres significatifs

On écrit le résultat avec le même nombre de chiffres significatifs que le paramètre possédant le plus petit nombre de chiffres significatifs.

Le résultat doit être écrit avec deux chiffres significatifs :

Φ=5,6×101 W

Méthode 2

Afin de calculer la quantité de chaleur échangée

Lorsque deux systèmes échangent de la chaleur, il se produit un flux thermique Φ entre les systèmes. On détermine la quantité de chaleur ΔEQ échangée si l'on connaît ce flux et la durée Δt que dure cet échange.

Une pompe à chaleur émet un flux thermique de 200 W pendant 30 min. Calculer la quantité de chaleur échangée et l'exprimer en kJ.

Etape 1

Rappeler l'expression du flux thermique Φ

On rappelle la relation permettant d'exprimer le flux thermique Φ (en W) à partir de la quantité de chaleur échangée ΔEQ (en J) et de la durée de l'échange Δt (en s) :

Φ=ΔEQΔt

La relation permettant d'exprimer le flux thermique Φ à partir de la quantité de chaleur échangée ΔEQ et de la durée de l'échange Δt est :

Φ=ΔEQΔt

Etape 2

Manipuler la formule pour exprimer la quantité de chaleur échangée en fonction des autres paramètres

On manipule la formule afin d'exprimer la quantité de chaleur échangée ΔEQ en fonction du flux thermique Φ et de la durée de l'échange Δt :

Φ=ΔEQΔt

ΔEQ=Φ×Δt

On obtient :

ΔEQ=Φ×Δt

Etape 3

Relever les valeurs de Δt et de Φ

On relève les valeurs du flux thermique Φ et de la durée de l'échange Δt fournies dans l'énoncé.

D'après l'énoncé, on a :

  • Φ=200 W
  • Δt=30 min
Etape 4

Exprimer les paramètres dans les bonnes unités

Les paramètres sont le flux thermique et la durée de l'échange. On vérifie que :

  • Le flux thermique est exprimé en W.
  • La durée de l'échange est exprimée en s.

Si ce n'est pas le cas, on effectue les conversions nécessaires.

Le flux thermique est bien exprimé dans la bonne unité. Une conversion est nécessaire pour la durée qui doit être exprimée en secondes :

Δt=1 800 s

Etape 5

Effectuer l'application numérique

On effectue l'application numérique afin de calculer la quantité de chaleur échangée.

On obtient :

ΔEQ=200×1 800

ΔEQ=360 000J

Etape 6

Exprimer le résultat avec le bon nombre de chiffres significatifs

On écrit le résultat avec le même nombre de chiffres significatifs que le paramètre possédant le plus petit nombre de chiffres significatifs.

Le résultat doit être écrit avec deux chiffres significatifs :

ΔEQ=3,6×105J

Etape 7

Convertir le résultat dans l'unité demandée

La quantité de chaleur échangée calculée est exprimée en J. On vérifie que le résultat soit exprimé dans l'unité demandée dans l'énoncé. Si ce n'est pas le cas, on effectue les conversions nécessaires.

La quantité de chaleur échangée doit être exprimée en kJ. On effectue la conversion :

ΔEQ=3,6×102kJ

Méthode 3

Afin de calculer la durée de l'échange

Lorsque deux systèmes échangent de la chaleur, il se produit un flux thermique Φ entre les systèmes. On détermine la durée Δt que dure l'échange d'énergie si l'on connaît ce flux et la quantité de chaleur ΔEQ échangée.

Une table de cuisson émet un flux thermique de 15 W avec une quantité de chaleur échangée de 1,2 kJ. Déterminer la durée de fonctionnement de cette plaque de cuisson.

Etape 1

Rappeler l'expression du flux thermique Φ

On rappelle la relation permettant d'exprimer le flux thermique Φ (en W) à partir de la quantité de chaleur échangée ΔEQ (en J) et de la durée de l'échange Δt (en s) :

Φ=ΔEQΔt

La relation permettant d'exprimer le flux thermique Φ à partir de la quantité de chaleur échangée ΔEQ et de la durée de l'échange Δt est :

Φ=ΔEQΔt

Etape 2

Manipuler la formule pour exprimer la durée de l'échange Δt en fonction des autres paramètres

On manipule la formule afin d'exprimer la durée de l'échange Δt en fonction du flux thermique Φ et la quantité de chaleur échangée ΔEQ :

Φ=ΔEQΔt

Δt=ΔEQΦ

On obtient :

Δt=ΔEQΦ

Etape 3

Relever les valeurs de ΔEQ et de Φ

On relève les valeurs du flux thermique Φ et de la quantité de chaleur échangée ΔEQ fournies dans l'énoncé.

D'après l'énoncé, on a :

  • Φ=15 W
  • ΔEQ=1,2 kJ
Etape 4

Exprimer les paramètres dans les bonnes unités

Les paramètres sont le flux thermique et la quantité de chaleur échangée. On vérifie que :

  • Le flux thermique est exprimé en W.
  • La quantité de chaleur échangée est exprimée en J.

Si ce n'est pas le cas, on effectue les conversions nécessaires.

Le flux thermique est bien exprimé dans la bonne unité. La quantité de chaleur engagée doit être exprimée en J :

ΔEQ=1,2×103 J

Etape 5

Effectuer l'application numérique

On effectue l'application numérique afin de calculer la durée de l'échange Δt.

On obtient :

Δt=1 20015

Δt=80 s

Etape 6

Exprimer le résultat avec le bon nombre de chiffres significatifs

On écrit le résultat avec le même nombre de chiffres significatifs que le paramètre possédant le plus petit nombre de chiffres significatifs.

Le résultat est exprimé avec le bon nombre de chiffres significatifs.

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