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ccf comment economiser lenergie

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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.
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1.2
Relever la puissance électrique de la bouilloire.
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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.
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2.2
Proposer un protocole expérimental permettant de vérifier (ou pas) l’hypothèse émise.
Matériel mis à disposition :
- Bouilloire
- Thermomètre
- Chronomètre
- Eprouvette graduée
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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.
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4.2
Calculer la quantité de chaleur Q reçue par l’eau.
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Appel n°3.
4.3
Appeler le professeur pour vérifier les réponses aux questions 4.1 et 4.2
Comparer E et Q
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4.4
L’hypothèse émise à la question 2.1 est-elle vérifiée ?
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4.5
Si les valeurs trouvées pour E et pour Q sont différentes, faire une proposition permettant
d’expliquer cette différence.
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4.6
A combien s’élèvent les pertes ? Où sont les joules « perdus » ? (Qu’est-ce qui les a
récupérés ?)
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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 ?
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5ème partie : conclusion
Commenter la phrase du 2ème élève. A-t-il raison d’avoir des doutes ?
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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
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