TP Détermination de la résistance thermique d'une paroi

[smack44]

Bonsoir,

Nouveau TP a réalisé deux expériences simultanément une avec une canette recouverte d'un revêtement protecteur et une autre avec une canette sans revêtement. On place dans la canette une quantité mesurée d'eau chaude et à l'aide d'une sonde thermométrique, on suit la température de l'eau pendant son refroidissement. On peut calculer Rg, la résistance thermique globale de la paroi, c'est à dire son aptitude à laisser passer la chaleur. Si on appelle Qe, l'énergie thermique perdue par l'eau, on peut calculer cette valeur de deux façons.

Nous avons préparé deux béchers avec 250ml d'eau chaude, nous avons pesé les béchers vides et les béchers pleins, puis pendant 20mn nous avons relevé les températures toutes les minutes donc 20 relevés canette sans revêtement et avec revêtement.

Questions :

1 . Que devient l'énergie thermique perdue par l'eau chaude?

Il y a échange thermique avec l'air via la paroi de la canette. La vapeur de l'eau chaude s'évapore dans la pièce.
Je pense que mon explication n'est pas suffisante mais je ne vois pas!!!

4 . Pourquoi doit-on mettre la même quantité d'eau chaude dans les canettes ? justifier

Nous devons mettre la même quantité d'eau afin que l'on puisse faire une analyse comparative entre les résultats des deux expériences et pouvoir tirer des conclusions.

J'ai commencé en utilisant la canette sans revêtement

Masse initiale du bécher contenant l'eau chaude m0 = 323,32g
Masse finale du bécher après avoir mis l'eau dans la canette m1=76,94g
Masse d'eau chaude dans la canette meau= 246,38g

Pour le refroidissement de l'eau 02=37,7°C à 01=41,4°C (02-01) = -3,7°C

Détermination graphique de l'intervalle de temps delta t = 20-1=19mn soit 1140s

Quantité de chaleur perdue : Qe=me * Ce*(02-01) = 246,38x10-3 x 4,18x103x -3,7
= 246,38 x 4,18 x-3,17

Q= 3810J

Durée de l'expérience delta t=20 minutes = 1200s

Flux thermique transféré symbole =Q/variationt = 3810/1140 = 3,34W

Température extérieure : 0ext = 22,6°C

Surface d'échange : S= 186cm2 = 0,0186m2

Température moyenne de l'eau chaude : variation 0m=(02+01)/2 = 39,55°C

Ecart de température : variation 0 = (0m-0ext) = 39,55-22,6= 16,95°C

Résistance thermique de la paroi Rg = S* delta écart de température/flux thermique transféré
Rg = 0,0186x 16,95/3,34=0,0944m2K.W

De plus j'ai un souci sur les grandeurs physique

02 = un zéro barré à l'horizontal la grandeur physique est la température
Ceau = capacité thermique massique de l'eau unité J.Kg-1.K-1
Q= chaleur en joule unité J
S= surface unité m2
0ext zéro barré à l'horizontal température unité celsius °C
Rg = Résistance thermique globale unité K/W
0 = zéro barré verticale flux thermique unité W
delta t = variation temps (écart) unité s

Je ne suis pas certaine des grandeurs physique et unité

Je vous remercie encore une fois pour le temps que vous allez consacrer.

Bonne soirée
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[Black Jack 2]

Bonjour,

A partir de tes mesures :

Résistance thermique de la canette : Rg = 16,95/3,34 = 5,1 K/W (ou 5,1 °C/W)

Déperditions par unité de surface : 3,34/(0,0186 * 16,95) = 10,6 W/(m².K)

[smack44]

Bonsoir

Merci pour ce retour mais je suis surprise car la formule Rg est la suivante :
Rg=S*delta de température/flux thermique transféré et l'unité est m2.K.W

Merci pour vos retours

[gts2]

Votre Rg est la résistance thermique du BTP. En physique, la résistance thermique comme son nom l'indique est l'équivalent de celle électrique U2-U1=R I, U2-U1 étant remplacé par T2-T1 et I le flux de charge par le flux thermique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[smack44]

D'accord je me base sur mon cours mais mes résultats sont-ils corrects et je n'étais pas certaine des grandeurs physique et unité.
Merci pour votre aide

[gts2]

Dans le cadre de votre cours, cela parait correct.

[smack44]

merci et en ce qui concerne les grandeurs physique et unité aussi je suis pas du tout sûre

[Black Jack 2]

Bonjour,

Pour moi, il y a un soucis :

Il y a contradiction entre :

Rg = Résistance thermique globale unité K/W

Et ton calcul : Rg = 0,0186x 16,95/3,34=0,0944 m²K.W ... qui d'ailleurs devrait être alors m²K/W et pas ce que tu as écrit.
*********
Il y a en effet des "définitions" différentes de la "résistance thermique" et dépendant de la définition qu'on utilise, il faut choisir les unités correspondantes.

Souvent, pour qualifier un isolant, on donne la résistance thermique en m²K/W, cela permet alors facilement de calculer les déperditions au m² et les déperditions totales en tenant compte de la surface effective de la cloison.

Par contre, cette manière de donner la résistance thermique n'est pas du tout adaptée dans d'autres situations, par exemple dans le domaine de refroidisseur des semi conducteurs.
La résistance thermique du refroidisseur est ici donnée en K/W et on n'a aucun besoin de connaître sa surface (qui n'est d'ailleurs jamais donnée avec de tels composants).

Pour illustrer ce que je viens d'écrire, voir sur ces 2 liens :

https://www.toutsurlisolation.com/re...et-performance

http://www.itemelec.sitew.be/fs/Root...tection_SC.pdf (en page 3)
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Dans le cas de l'exercice, l'important est de connaître les déperditions de la canette donnée et pas d'une autre avec d'autres dimensions et la résistance thermique la mieux adaptée est celle donnée en K/W... mais si ce n'est pas la définition du cours, alors utiliser le m².K/W même si cela n'est pas d'une utilité aussi directe.
****************
Dommage évidemment qu'il existe différentes notions baptisées de la même manière, cela amène de la confusion quand on débute.

[RomVi]

Bonjour

Juste une petite remarque, pour calculer l’énergie perdue on prend la capacité thermique massique de l'eau et celle du bécher.

[Black Jack 2]

Bonjour

Juste une petite remarque, pour calculer l’énergie perdue on prend la capacité thermique massique de l'eau et celle du bécher.

Bonjour,

Pas sûr, même si les explications de la manip sont un peu "non claires"

On utilise des béchers, je pense, uniquement pour mesurer les quantités d'eau qui sont versées dans chacune des canettes.

Une fois cette manip faite, on connaît la quantité d'eau et la température de l'eau versée dans les canettes ... et on mesure l'évolution de le température de l'eau dans les canettes. (les béchers n'interviennent plus)

Par contre, ce qui est "oublié" me semble-t-il, est de tenir compte de la capacité thermique des canettes, qui de plus sont probablement à température ambiante avant d'y verser l'eau.

Il est probable que l'erreur faite par cet "oubli" est petite mais cela vaut d'être mentionné.

Possible aussi que j'aie mal interprété la manière dans les manipulations sont faites.

[Black Jack 2]

Rebonjour,

Juste pour info :

Canette de fabrication actuelle :

21 g pour le modèle en acier et 13,2 g pour le modèle en aluminium.

capacité thermique de la canette vide :

modèle acier : 21.10^-3 * 435 = 9,14 J/K
modèle alu : 13,2.10^-3 * 900 = 11,9 J/K

Capacité thermique de l'eau dans l'expérience : 246,38.10^-3 * 4180 = 859 J/K

[RomVi]

Oui je voulais dire la capacité de la canette, petite erreur de terme.

[smack44]

Bonjour

Merci pour vos réponse mais vous m'avez complètement perdue je suis en terminale, Black Jack vous avez bien compris l'expérience je souhaite juste savoir si mes calculs et unités sont bons.
En vous remerciant

[gts2]

Voir message #6 et réponse #8 de @Black Jack corrigeant votre unité de "résistance thermique"