TD3 Thermo les fondamentaux - Lycée Alpes

1ère année BTS SCBH
TD3 Thermodynamique les fondamentaux
TD 3 : Thermodynamique-Les fondamentaux
Exercice 1 : Que peut-on faire avec un kilowattheure ?
On suppose que l'on dispose d'une énergie de 1kWh. Calculer pour cette valeur d'énergie fournie à chaque
système les différentes quantités du tableau.
Système
Question
Sac de ciment
Gaz
m = 35kg
Pext = 2bar
Quelle altitude
pourrait atteindre
théoriquement ce
sac ?
Quelle serait la
variation de
volume ?
(g = 10N.kg-1)
Récepteur
électrique
Voiture
Eau
m = 750kg
Quelle serait le
temps de
fonctionnement
d'une résistance R
= 10Ω branchée
sur 220V ?
Quelle serait la
vitesse atteinte
par ce véhicule,
après départ
arrêté ?
Quelle masse
d'eau liquide (à
10°C) pourrait-on
faire bouillir ?
Données : pour l'eau liquide, c = 4,19kJ.kg-1.K-1.
Exercice 2 : La thermodynamique de chantier
Une journée de travail à monter une maison en bois mérite bien une bière en fin de journée. Encore faut-il
savoir à quelle heure mettre le pack dans la glacière électrique ...
Une bouteille de bière est constituée de 172g de verre de capacité calorifique massique 0,75kJ.kg-1.K-1 ; elle
contient 25cL de bière de capacité calorifique massique 4,2kJ.kg-1.K-1. Un pack contient 6 bouteilles ; la
température initiale est de 19°C. Une bière fraîche doit se boire à 5°C.
La glacière a une puissance électrique de 65W ; seulement 70 % de l'énergie électrique est transformé en
froid.
La fin de journée est à 18H.
La masse volumique de l'eau est ρ=10g.cL-1.
Question supplémentaire : pourquoi ne doit-on pas mettre le carton dans la glacière ?
NB : L'alcool est dangereux pour la santé, à consommer avec modération.
Exercice 3 : ballon d'eau chaude
Un ballon d'eau chaude électrique a une capacité de 240L. Le réchauffage de l'eau s'effectue en tarif de nuit
de 22h30 à 6h30. L'eau est portée de la température θ0=10,0°C à la température θ1=85,0°C.
1. Calculer l'énergie Q nécessaire au chauffage de l'eau du ballon.
2. Calculer la puissance électrique minimale du chauffe-eau.
3. Calculer le coût de l'opération, sachant qu'EDF facture un tarif de nuit à 58,14.10-3€ TTC le kWh.
4. À 6h30, on effectue rapidement un premier puisage de V1=80L d'eau dans le ballon à θ1=85,0°C.
Calculer la température θ2 du ballon immédiatement après puisage (on suppose que le remplissage se
fait encore avec de l'eau à 10°C).
5. Un second puisage effectué à 12h30 donne de l'eau à une température θ'2=57,0°C. En déduire la
puissance moyenne perdue par l'eau du ballon.
Données :
-1 -1
• capacité thermique massique de l'eau C=4186J.kg .K
-3
• masse volumique de l'eau ρ=1000kg.m
Sandrine Cerantola LP Alpes et Durance 2015-2016
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TD3 Thermodynamique les fondamentaux
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TD 3 : Thermodynamique-Les
Thermodynamique Les fondamentaux
Exercice 4 :
Un chauffe-biberon
biberon consommant 180 W fonctionne durant trois minutes pour porter la température du lait
de 20°C à 38°C. L’appareil contient 300 g de lait dont la capacité thermique massique c est de 4 000
J/kg/°C.
1/ Calculer l’énergie électrique consommée par ce chauffe-biberon.
chauffe
Rappel : E = P × t avec P en watt, t en seconde et E en joule.
2/ Déterminer la chaleur Q absorbée par le lait de ce biberon.
3/ En déduire, en pourcentage, le rendement de ce chauffe-biberon.
chauff
Exercice 5 :
Une masse d’eau, M = 500g, est introduite dans un bécher contenant un thermoplongeur (résistance
chauffante) et un thermomètre.
La température initiale de l’eau est de ϑ i = 20°C. Après quelques minutes de chauffe, la température finale
est de ϑ f = 80°C.
On donne aux bornes du thermoplongeur U = 230 V et l’intensité du courant électrique qui traverse le
thermoplongeur est I = 4,6 A.
1/ Calculer, en watts,
tts, la puissance électrique absorbée par le thermoplongeur.
2/ Le temps nécessaire au chauffage de l’eau est de 3 minutes. Convertir ce temps en secondes, puis calculer
en joules, l’énergie absorbée Ea par le thermoplongeur.
3/ Calculer l’énergie thermiquee Eu stockée dans l’eau. On donne : Q = MC ( ϑ f − ϑ i) et C = 4 180 J/kg/°C.
4/ Pourquoi l’énergie Eu est-elle
elle inférieure à Ea ?
5/ Calculer le rendement global de cette opération de chauffage de l’eau, puis l’exprimer
l’exprim en pourcentage.
Eu
On donne : η =
Ea
Exercice 6 :
Sandrine Cerantola LP Alpes et Durance 2015-2016
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