🎯 Objectif de l’expérience
Effectuer le bilan énergétique d’une enceinte fermée chauffée par une source de chaleur de puissance constante.
Méthode : 📝 Ce qui a déjà été fait
On réutilise l'activité n°2 avec une enceinte modélisée par une boîte fermée, en polystyrène extrudé, à l’intérieure de laquelle on a introduit une ampoule à incandescence pour modéliser la source de chaleur.
Le suivi temporel de l’évolution de la température à l’intérieur de l’enceinte fermée a été réalisé dans cette activité n°2.
On a relevé la température intérieure d’équilibre (régime stationnaire) atteinte et la température extérieure, supposée constante pendant toute l’expérience.
Enfin, on a calculé les différentes puissances mises en jeu : Puissance électrique fournie, et flux thermiques sortants.
⚠️ Il faudra reprendre vos valeurs de cette activité n°2. Si vous ne les avez pas, utiliser celle-ci-dessous.
Complément : 📄 Données et informations :
Conductivité thermique du polystyrène extrudé bleu : \(\lambda = 0,032 \ \mathrm{W\cdot m^{-1} \cdot K^{-1}}\) ;
Les valeurs de la tension électrique \(U\) et de l’intensité électrique \(I\) mesurées valent : \(U= 18 \ \mathrm{ V}\) et \(I = 0,80 \ \mathrm{A}\) (prendre vos valeurs si différentes) ;
On considère que la lampe transforme en énergie lumineuse, seulement \(5 \%\) de l’énergie électrique qu’elle reçoit. Le reste (\(95 \%\)) est donc transformé en énergie thermique \(Q\), transmise à l’intérieur l’enceinte par convection et rayonnement ;
Les pertes énergétiques sont essentiellement assurées par les flux thermiques conductifs sortants au travers des 6 faces de la boîte ;
À la fin de l’acquisition, on relève la température extérieure \(\mathbf{\theta_\text{ext}=22,4\ \mathrm{^\circ C}}\) et la température intérieure \(\mathbf{\theta_\text{int}=86,6\ \mathrm{^\circ C}}\) atteinte en régime permanent.
Attention :
D’après RT 2012 : en absence d’informations spécifiques sur les conditions aux limites des surfaces planes, les résistances superficielles intérieure \(R_\text{si}\) et extérieure \(R_\text{se}\) suivantes doivent être utilisées.
⚙️ Travail à faire⚓
Question⚓
Q2. Déterminer la valeur du flux thermique conductif total \(\mathbf {\Phi_\text{tot}}\) traversant l’enceinte (plafond, sol et les 4 murs). Effectuer des mesures complémentaires si nécessaire.
Solution⚓
Q2.
\(\mathbf {\Phi_\text{tot}}=\sum \mathbf {\Phi_\text{surface\ i}}\) avec \(\mathbf {\Phi_\text{paroi\, i}}=\dfrac{S_\text{i} \times \left( T_\text{c}-T_\text{f} \right)}{R_i}\).
Il y a 6 parois sur la boite : les 4 « murs »
, le plafond et le sol.
Il faudra déterminer l'épaisseur des parois, la surface des parois puis calculer la résistance thermique de chaque paroi en ne prenant pas en compte les \(R\text{si}\) et \(R\text{se}\) car c'est le flux conductif qui est demandé.
Et enfin le flux thermique pour chaque paroi.
Question⚓
Variante de l’expérience : Dans cette expérience, le matériau utilisé était connu.
Q6. Si on prenait un matériau inconnu, que permettrait de déterminer cette expérience en effectuant les mêmes mesures et calculs ?