Note à l’usage des utilisateurs Cette évaluation porte sur deux paragraphes issus de deux modules différents : - CME4 Comment chauffer ou se chauffer ? §2. Comment utiliser l’électricité pour chauffer ou se chauffer ? - CME5 Peut-on concilier confort et développement durable ? §1. Comment économiser l’énergie ? 1/ Objet de l’évaluation : Comprendre le principe de fonctionnement d’une bouilloire, comprendre qu’il y a des pertes, localiser les pertes. Calculer le rendement de la bouilloire. 2/ Quand faire cette évaluation ? Avec quelles classes ? Les modules CME4 et CME5 font partie du tronc commun 1ère / Tale. L’évaluation peut donc se faire avec toutes les spécialités de Bac Pro soit : - En classe de première, c’est alors une évaluation formative. L’énoncé devra être adapté pour être traité en une 1/2 heure. - En classe de terminale, c’est alors une évaluation formative ou certificative. La durée de 45 minutes est adaptée. 3/ Liste du matériel : Une bouilloire (on en trouve dans toutes les grandes surfaces pour environ 10€). On peut remplacer la bouilloire par un thermoplongeur (on trouve assez facilement des thermoplongeurs de voyage) ou par une plaque chauffante. Un thermomètre Un chronomètre Une éprouvette graduée d’une capacité importante (1 L par exemple). La précision très relative des mesures ne nécessite pas l’utilisation d’une fiole jaugée mais on peut néanmoins en utiliser une. On peut également peser la masse d’eau, on aura alors besoin d’une balance. 4/ Gestion de l’évaluation Dans un premier temps, ne distribuer que les deux premières pages (jusqu’à l’appel n°1). Distribuer ensuite les deux dernières pages (avec le protocole expérimental). Tous à vos bouilloires ! Serge Olivero Sciences physiques et chimiques Evaluation par compétences Candidat Nom : BAC PRO : Prénom : Établissement : Professeur Durée : Date de l’évaluation : CME4 Comment chauffer ou se chauffer ? Module CME5 Peut-on concilier confort et développement durable ? «La bouilloire» Problématique : Deux élèves discutent. Le premier élève : « Mon professeur m’a expliqué le fonctionnement d’une bouilloire électrique. Le courant électrique circule dans un dipôle purement résistif, la résistance. L’énergie électrique reçue est alors totalement transformée en chaleur. L’eau récupère cette chaleur, sa température augmente jusqu’à arriver à ébullition ». Le deuxième élève : « Si tout est transformé en chaleur, le rendement de la bouilloire doit être parfait. Cela voudrait dire que l’eau récupère toute la chaleur qui lui est fournie. Je me demande si cela est possible. » Formulaire : Q = m c (T2 – T1) Avec : Q : quantité de chaleur en joules (J) m : masse en kilogrammes (kg) c : capacité thermique massique en J/kg/°C T2 : température finale en degrés Celsius (°C) T1 : température initiale en degrés Celsius (°C) E=Pt Avec : E : Energie électrique en joules (J) P : Puissance en watts (W) t : Durée en secondes (s) Donnée : Capacité thermique massique de l’eau : 4180 J/kg/°C Information : Une bouilloire et de l’eau sont à votre disposition. 1ère partie : analyse de la situation 1.1 Sans effectuer aucune mesure, indiquer la température d’ébullition de l’eau. …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ 1.2 Relever la puissance électrique de la bouilloire. …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ 2ème partie : proposition d’un protocole expérimental 2.1 Emettre une hypothèse. Pensez-vous que l’eau récupère toute l’énergie qui lui est fournie ? Expliquer pourquoi. …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ 2.2 Proposer un protocole expérimental permettant de vérifier (ou pas) l’hypothèse émise. Matériel mis à disposition : - Bouilloire - Thermomètre - Chronomètre - Eprouvette graduée …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………………………........................ Appel n°1. Appeler le professeur. Faire vérifier le protocole expérimental et les réponses aux questions 1.1 et 1.2 3ème partie : expérimentation Réaliser l’expérience suivante : o o o o o Mesurer un litre d’eau Mesurer la température de l’eau Placer l’eau dans la bouilloire Mettre en marche la bouilloire et simultanément déclencher le chronométrage. Dès que l’eau bout, arrêter le chronomètre. Je note mes mesures : Température initiale de l’eau (avant d’avoir été chauffée) : ………………… Durée nécessaire pour chauffer l’eau : Appel n°2. ………………… Appeler le professeur pour qu’il vérifie les mesures 4ème partie : exploitation des résultats 4.1 Calculer l’énergie électrique E consommée par la bouilloire. ………………………………………………………………………………………………………………............... …………………………………………………………………………………………………...……………………. …………………………………………………………………………………………………...……………………. …………………………………………………………………………………………………................................. …………………………………………………………………………………………………................................. 4.2 Calculer la quantité de chaleur Q reçue par l’eau. ………………………………………………………………………………………………………………............... …………………………………………………………………………………………………...……………………. …………………………………………………………………………………………………...……………………. …………………………………………………………………………………………………................................. …………………………………………………………………………………………………................................. …………………………………………………………………………………………………................................. Appel n°3. 4.3 Appeler le professeur pour vérifier les réponses aux questions 4.1 et 4.2 Comparer E et Q ………………………………………………………………………………………………………………............... …………………………………………………………………………………………………...……………………. …………………………………………………………………………………………………...……………………. 4.4 L’hypothèse émise à la question 2.1 est-elle vérifiée ? ………………………………………………………………………………………………………………............... …………………………………………………………………………………………………...……………………. …………………………………………………………………………………………………...……………………. 4.5 Si les valeurs trouvées pour E et pour Q sont différentes, faire une proposition permettant d’expliquer cette différence. ………………………………………………………………………………………………………………............... …………………………………………………………………………………………………...……………………. …………………………………………………………………………………………………...……………………. 4.6 A combien s’élèvent les pertes ? Où sont les joules « perdus » ? (Qu’est-ce qui les a récupérés ?) ………………………………………………………………………………………………………………............... …………………………………………………………………………………………………...……………………. …………………………………………………………………………………………………...……………………. …………………………………………………………………………………………………................................. …………………………………………………………………………………………………................................. 4.7 Le rendement r est un nombre compris entre 0 (rendement nul) et 1 (rendement parfait). Il se calcule ainsi : r = Energie ou chaleur reçue Energie ou chaleur fournie Calculer le rendement de la bouilloire, arrondir à deux décimales. Que pensez-vous de ce rendement ? ………………………………………………………………………………………………………………............... …………………………………………………………………………………………………...……………………. …………………………………………………………………………………………………...……………………. …………………………………………………………………………………………………................................. …………………………………………………………………………………………………................................. 5ème partie : conclusion Commenter la phrase du 2ème élève. A-t-il raison d’avoir des doutes ? ………………………………………………………………………………………………………………............... …………………………………………………………………………………………………...……………………. …………………………………………………………………………………………………...……………………. …………………………………………………………………………………………………................................. …………………………………………………………………………………………………................................. Evaluation des compétences en sciences physiques et chimiques Nom et prénom : Module(s) Diplôme préparé : CME4 Comment chauffer ou se chauffer ? CME5 Peut-on concilier confort et développement durable ? Connaissances Calculer une énergie dissipée par effet Joule Identifier les grandeurs, avec leurs unités et symboles, indiquées sur une plaque signalétique. Différencier énergie et puissance Calculer le rendement des appareils et systèmes de chauffage Savoir que l’élévation de température d’un corps nécessite un apport d’énergie Savoir que les dipôles ohmiques transforment intégralement l’énergie électrique reçue en énergie thermique Attitudes La rigueur et la précision Analyser. Réaliser Communiquer Compte rendu écrit et oral Valider Activité expérimentale S’approprier Capacités 1.1 Appel n°1 Tébullition : 100 °C 1.2 Appel n°1. Puissance de la bouilloire : 2000 W (on la trouve sur la plaque signalétique). Appel n°3 4.1 et 4.2 L’énergie et la chaleur sont en joules 2.1 Non, l’eau ne doit pas récupérer toute l’énergie car une transmission d’énergie ne peut pas se faire sans perte. 2.2 Appel n°1 : - Peser une certaine quantité d’eau - Mesurer la température de l’eau - Chauffer l’eau dans la bouilloire - Chronométrer le temps de chauffe - Calculer l’énergie électrique E fournie par la bouilloire - Calculer la quantité de chaleur Q reçue par l’eau - Comparer E et Q Appel n°2. 3ème partie. L’élève fait preuve d’autonomie Appel n°2. Mesure correcte de la température T1 (ex: 20°C) Appel n°2. Chronométrage correct du temps de chauffe t (exemple : 3 min 30 s) 4.1 Appel n°3 E = P x t (exemple : 420 000 J) 4.2 Appel n°3 Q = m .c . (T2 – T1) (exemple : 334 400 J) 4.3 Il semble que E > Q 4.4 Oui, il y a une légère différence, l’eau ne récupère pas toute l’énergie fournie. 4.5 Il y a des pertes 4.6 Pertes = E – Q (exemple : 85 600 J) C’est l’environnement extérieur qui récupère les joules perdus : l’enveloppe de la bouilloire, l’air au contact de la bouilloire… 4.7 r = Q/E (exemple : 334 4000 / 420 000 = 0,80). On trouve un rendement élevé, c’est un très bon rendement 5ème partie. Oui il a raison d’avoir des doutes. C’est le rendement de la résistance qui est parfait mais pas le rendement de la bouilloire car il y a quelques pertes. Le rendement de la bouilloire n’est pas parfait, il est néanmoins excellent * * /1,5 * * * * * /2 /7 * * * /1,5 * * * /2 * * * * * * /3 * / 10
