Voici le corrigé détaillé du contrôle sur le stockage et les transferts d’énergie. Puis les points sont indiqués question par question et les résultats figurent en gras. Ensuite, comparez avec votre copie et reprenez les conversions d’unités et le raisonnement sur les résistances thermiques en cas d’erreur.
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Le corrigé détaillé avec le barème : transferts d’énergie
Correction de l’exercice 1 : questions de cours (3 points)
- Ensuite, la conduction (une cuillère chauffe dans une tasse chaude), la convection (l’eau qui chauffe dans une casserole circule) et le rayonnement (la chaleur du Soleil, qui traverse le vide). (1 pt)
- ΔU = W + Q : ΔU est la variation d’énergie interne du système, W le travail reçu et Q le transfert thermique reçu. Q est positif quand le système reçoit de la chaleur. (1 pt)
- Puis, stockage chimique (batterie, pile, combustible : énergie chimique) et stockage mécanique (eau d’un barrage : énergie potentielle de pesanteur). Le stockage thermique (ballon d’eau chaude : énergie interne) est aussi accepté. (1 pt)
Exercice 2 corrigé : une station de pompage-turbinage (5 points)
- m = ρ × V = 1,0 × 103 × 4,0 × 106 = 4,0 × 109 kg. (1 pt)
- Epp = m × g × h = 4,0 × 109 × 9,81 × 300 = 1,18 × 1013 J, soit Epp ≈ 1,2 × 1013 J. (1 pt)
- E = 1,18 × 1013 ÷ 3,6 × 106 = 3,27 × 106 kWh, soit ≈ 3,3 × 106 kWh. (1 pt)
- Ainsi, Eélec = η × Epp = 0,85 × 1,18 × 1013 = 1,00 × 1013 J, soit ≈ 1,0 × 1013 J. (1 pt)
- Puis, les centrales ne s’arrêtent pas la nuit et l’électricité ne se stocke pas directement : la station utilise l’électricité disponible en heures creuses pour stocker de l’énergie sous forme potentielle, puis la restitue très vite aux heures de forte demande. (1 pt)
Corrigé détaillé de l’exercice 3 : un chauffe-eau électrique (5 points)
- Q = m × c × (θf − θi), soit Q = m × c × Δθ. (1 pt)
- Δθ = 55 − 15 = 40 K ; Q = 150 × 4,18 × 103 × 40 = 2,508 × 107 J, soit Q ≈ 2,5 × 107 J. (1,5 pt)
- Donc, Q = 2,508 × 107 ÷ 3,6 × 106 = 6,97 kWh, soit ≈ 7,0 kWh. (1 pt)
- Ainsi, sans perte, P × Δt = Q, donc Δt = 2,508 × 107 ÷ 2,0 × 103 = 1,254 × 104 s ≈ 3,5 h, soit 3 h 29 min environ (12 540 s ÷ 60 = 209 min). (1,5 pt)
Correction de l’exercice 4 : isolation d’un mur (4 points)
- Rth,1 = e1 ÷ (λ1 × S) = 0,20 ÷ (0,80 × 12) = 0,20 ÷ 9,6 = 0,0208 K·W−1, soit Rth,1 ≈ 2,1 × 10−2 K·W−1. (1 pt)
- ΔT = 20 − 5,0 = 15 K ; Φ = ΔT ÷ Rth,1 = 15 ÷ 0,0208 = 7,2 × 102 W. (1 pt)
- De plus, Rth,2 = 0,10 ÷ (0,040 × 12) = 0,10 ÷ 0,48 = 0,208 K·W−1 ; Rtot = 0,0208 + 0,208 = 0,229 K·W−1. (1 pt)
- Φ’ = 15 ÷ 0,229 = 65,5 W, soit Φ’ ≈ 65 W : le flux est environ 11 fois plus faible qu’avec le béton seul (720 ÷ 65 ≈ 11). (1 pt)
Exercice 5 corrigé : refroidissement d’un café (3 points)
- Par ailleurs, la courbe tend vers une valeur limite (asymptote) d’environ 20 °C : le café finit par être à l’équilibre thermique avec la pièce. (1 pt)
- De plus, le flux thermique cédé est proportionnel à l’écart de température entre le café et la pièce : cet écart diminue, donc le transfert devient de plus en plus faible et le refroidissement ralentit. (1 pt)
- Par ailleurs, l’écart initial est 80 − 20 = 60 K ; 37 % de 60 K vaut 22 K ; la température correspondante est 20 + 22 = 42 °C. On lit sur la courbe cette température à t ≈ 10 min : τ ≈ 10 min. (1 pt)
Barème et conseils
| Exercice | Thème | Points |
|---|---|---|
| 1 | Questions de cours | 3 |
| 2 | Stockage par pompage | 5 |
| 3 | Chauffage de l’eau | 5 |
| 4 | Résistance thermique et flux | 4 |
| 5 | Refroidissement | 3 |
| Total | 20 |
Donc, pour progresser, retenez que les résistances thermiques s’ajoutent en série, comme les résistances électriques, et que le flux se calcule toujours à partir de l’écart de température. Utilisez des kelvins ou des degrés Celsius pour un écart, mais des secondes pour une durée dans les joules, et gardez des chiffres significatifs cohérents avec les données.