transferts

 Présentation générale de la séquence pédagogique
Thème du programme
Sous-thème
Vêtement et revêtement
Propriétés des Matériaux
Titre
Transferts thermiques du corps humain
Type d’activité
Conditions
de mise en
oeuvre
Travail en autonomie par groupes avec activité
expérimentale
durée
1h30
acquis
Partie concernée du programme
Notions et contenus
Compétences exigibles
Transferts thermiques : conduction,
convection, rayonnement.
Relier qualitativement la conductivité
thermique d’un matériau à la quantité
d’air emprisonné.
Conductivité thermique des matériaux.
Résistance thermique.
Donner l’ordre de grandeur de la
conductivité thermique des matériaux
usuels.
Matériaux innovants
Extraire et exploiter des informations sur
les propriétés de textiles ou matériaux
performants.
Compétences
transversales
Mots clés de recherche
Rechercher, extraire et organiser l’information utile
provenant d’un document, d’une situation ou d’une
expérience.
Faire preuve d’initiative, d’esprit critique.
Raisonner sur une situation nouvelle en fonction de ses
acquis.
Travailler en groupe.
Conduction, Convection, Rayonnement, Conductivité
thermique
Lavernhe Eric
Auteurs
Lycée Jean Moulin Béziers
http://webpeda.ac-montpellier.fr/spc/
 Présentation du matériel nécessaire
Matériel disponible :
Un carreau et une lame de parquet de même épaisseur.
Deux thermomètres numériques.
Deux récipients identiques.
De l’eau et un dispositif de chauffage d’eau.
 Déroulement de la séquence pédagogique
Fiche professeur
•
Cette séance est basée sur un réinvestissement des notions et des compétences sur le transfert
thermique, vu précédemment dans l’habitat, transposées au corps humain et aux vêtements.
•
Le but est de faire pratiquer une démarche scientifique à l’élève sur une situation nouvelle en fonction
de ses acquis.
•
Travail en groupe
Le document, sous forme de questionnement, est distribué aux élèves, il est à remplir en autonomie,
une activité expérimentale est demandée.
Une synthèse en rapport à la situation déclenchante est demandée à la fin.
•
Résumé de l’activité en 4 points :
1.
Une situation déclenchante et une analyse de deux documents présentés sous forme
d’images. 6 questions sont posées aux élèves.
Situation déclenchante :
C’est bientôt l’hiver, la température extérieure diminue et
Dominique doit se rendre à son travail en vélo.
Peux-tu la conseiller dans le choix de ses vêtements pour mieux résister au froid ?
Document n°1 : Image
1.1) Avec quel type d’appareil ces images ont été prises ?
1.2) Que représentent les différentes couleurs de cette image ?
1.3) Quel est le rôle des vêtements pour chacune de ces images ?
En introduction, on présente l’utilisation de plus en plus répandue de la caméra thermique, l’échelle de
couleurs représente les différentes températures, bleu pour froid et rouge pour le chaud. Sur l’image de
gauche peu de vêtement pour laisser échapper la chaleur du corps humain, à droite, beaucoup de
vêtements afin de garder la chaleur du corps.
Document n°2 : Image
2.1) En hiver, dans quel sens se font les échanges thermiques entre le corps et le milieu extérieur ?
2.2) Quelles sont les trois modes de transferts de l’énergie thermique ?
2.3) Pourquoi la vitesse de l’air a-t-elle une influence sur la température ressentie?
On aborde ici les notions de transferts thermiques : conduction, convection, rayonnement pour le corps
humain. On précise que ces transferts vont dans le sens des températures décroissantes. La convection
représente la plus grande partie des échanges thermiques et elle dépend notamment de la vitesse de
l’air.
Activité Expérimentale
2.
Une activité expérimentale pour laquelle les élèves doivent proposer un protocole et le
mettre en œuvre en fonction du matériel disponible. Ils devront réaliser les mesures et
répondre à la question posée.
On entend dire souvent quand on marche pieds nus que: « Le carrelage c’est froid par rapport à du parquet ».
Pourtant si ces deux éléments se trouvent côte à côte dans une même pièce, ils auront la même température,
non ?
- Comment expliquer cette sensation de froid du carrelage par rapport au parquet ?
Peut-on vérifier cela expérimentalement ?
-
Décrire un protocole expérimental, et le mettre en œuvre à l’aide du matériel fourni.
On veut ici mettre en évidence par un montage très simple les différences de conductivité thermique des
matériaux. Un carreau a une conductivité thermique plus élevée que la lame d’un parquet en bois. Le
but n’est pas de calculer les conductivités thermiques mais juste de montrer q’un récipient d’eau
chaude refroidira plus vite si il est posé sur du carrelage plutôt que sur du parquet. On peut ensuite
faire chercher sur internet les valeurs de conductivités thermiques de ces matériaux.
On peut également montrer avec un thermomètre infrarouge qu’avant le début de l’expérience le
carreau et le parquet sont à la même température.
λbois = 0,15 W.m-1.K-1
λcarrelage = 1 W.m-1.K-1
3. Une analyse de deux autres documents. 3 questions sont posées aux élèves.
Document n° 3 : Images
3.1) Pourquoi met-on sur une personne qui est diminuée physiquement une
couverture dite de survie aussi fine pour la réchauffer ?
(Sur quel mode de transfert thermique agit-on ?)
3.2) Quel est le principe d’action de la face « dorée » et celui de la face « alu » ?
On aborde ici le transfert thermique lié au rayonnement infrarouge du corps humain avec pour
illustration : Le principe de fonctionnement d’une couverture de survie.
Document n°4 : Publicité pour un vêtement
Principe actif
Les vêtements chauds en tissu Z sont conçus pour plaquer le tissu sur la peau et pour suivre les
mouvements du corps sans sensation de gêne.
Grâce à la section du fil Z en microcanaux, le tissu évacue l'humidité du corps en la transférant soit dans
l'air ambiant, soit dans la couche de vêtement supérieure.
Le tissu forme une véritable barrière infrarouges grâce aux nanoparticules de dioxyde de zirconium
insérées dans la masse du fil. On bloque la chaleur émise par le corps, la moitié sert à réchauffer le tissu,
l'autre moitié est renvoyée sur le corps et permet d'accélérer le métabolisme et entre autre le flux sanguin.
4.1) Quelle est la particularité de ce vêtement ?
La question porte ici sur les notions des matériaux innovants avec pour compétence d’extraire et
d’exploiter des informations sur des propriétés de matériaux performants.
4.
Une synthèse afin de répondre à la situation déclenchante.
Fiche élèves

Un document de trois pages est distribué aux élèves.
Fiche Elève
Transferts Thermiques du corps humain
Situation déclenchante :
C’est bientôt l’hiver, la température extérieure diminue et
Dominique doit se rendre à son travail en vélo.
Peux-tu la conseiller dans le choix de ses vêtements pour mieux résister au froid ?
Pour t’aider dans ta démarche, voici quelques situations à analyser et quelques questions auxquelles il te
faudra répondre.
Document n°1 : Image
1.1) Avec quel type d’appareil ces images ont été prises ?
1.2) Que représentent les différentes couleurs de cette image ?
1.3) Quel est le rôle des vêtements pour chacune de ces images ?
Document n°2 : Image
2.1) En hiver, dans quel sens se font les échanges thermiques entre le corps et le milieu extérieur ?
2.2) Quelles sont les trois modes de transferts de l’énergie thermique ?
2.3) Pourquoi la vitesse de l’air a-t-elle une influence sur la température ressentie?
Activité Expérimentale
On entend dire souvent quand on marche pieds nus que: « Le carrelage c’est froid par rapport à du parquet ».
Pourtant si ces deux éléments se trouvent côte à côte dans une même pièce, ils auront la même température,
non ?
- Comment expliquer cette sensation de froid du carrelage par rapport au parquet ?
Matériel disponible :
Un carreau et une lame de parquet de même épaisseur.
Deux thermomètres numériques.
Deux récipients identiques.
De l’eau et un dispositif de chauffage d’eau.
Peut-on vérifier cela expérimentalement ?
-
Décrire un protocole expérimental, et le mettre en œuvre à l’aide du matériel fourni.
Document n° 3 : Images
3.1) Pourquoi met-on sur une personne qui est diminuée physiquement une
couverture dite de survie aussi fine pour la réchauffer ?
(Sur quel mode de transfert thermique agit-on ?)
3.2) Quel est le principe d’action de la face « dorée » et celui de la face « alu » ?
Document n°4 : Publicité pour un vêtement
Principe actif
Les vêtements chauds en tissu Z sont conçus pour plaquer le tissu sur la peau et pour suivre les
mouvements du corps sans sensation de gêne.
Grâce à la section du fil Z en microcanaux, le tissu évacue l'humidité du corps en la transférant soit dans
l'air ambiant, soit dans la couche de vêtement supérieure.
Le tissu forme une véritable barrière infrarouges grâce aux nanoparticules de dioxyde de zirconium
insérées dans la masse du fil. On bloque la chaleur émise par le corps, la moitié sert à réchauffer le tissu,
l'autre moitié est renvoyée sur le corps et permet d'accélérer le métabolisme et entre autre le flux sanguin.
4.1) Quelle est la particularité de ce vêtement ?
Synthèse
Quels conseils peut-on donc donner à Dominique dans le choix de ses vêtements pour se protéger du froid