Ch11 – Transferts thermiques – QCM

Question 1

Transfert thermique – Sens du transfert

Un transfert thermique se fait spontanément :

du corps froid vers le corps chaud du corps chaud vers le corps froid du corps le plus lourd vers le plus léger dans les deux sens en même temps

Question 2

Équilibre thermique – Définition

Deux corps sont en équilibre thermique lorsque :

ils ont la même masse le corps froid commence à chauffer le corps chaud ils ont atteint la même température ils ne sont plus en contact

Question 3

Vocabulaire – Bonne formulation

En physique, on dit :

« la chaleur sort du bâtiment » « le froid entre dans le bâtiment » « le froid et la chaleur s’échangent » « le froid passe à travers le mur »

Question 4

Modes de transfert – Nombre

Combien de modes de transfert thermique existe-t-il ?

1 2 4 3

Question 5

Conduction – Définition

La conduction est un transfert de chaleur :

par déplacement d’un fluide de proche en proche, par contact entre atomes voisins par ondes électromagnétiques uniquement dans les gaz

Question 6

Convection – Définition

La convection est un transfert de chaleur par :

contact direct entre solides ondes infrarouges déplacement d’un fluide (gaz ou liquide) conduction électrique

Question 7

Rayonnement – Propriété

Le rayonnement thermique peut se propager :

dans le vide (sans milieu matériel) uniquement dans les solides uniquement dans les liquides uniquement dans les métaux

Question 8

Conducteurs et isolants – Exemples

Parmi ces matériaux, lequel est le meilleur conducteur thermique ?

le bois la laine de verre le polystyrène l’aluminium

Question 9

Flux thermique – Unité

Le flux thermique \(\Phi\) s’exprime en :

Joules (J) Watts (W) Kelvins (K) mètres (m)

Question 10

Flux thermique – Formule

La formule du flux thermique est :

\(\Phi = Q \times t\) \(\Phi = t / Q\) \(\Phi = Q / t\) \(\Phi = Q + t\)

Question 11

Résistance thermique – Rôle

Plus la résistance thermique \(R_{th}\) d’un matériau est grande, plus :

le matériau isole bien le matériau conduit bien la chaleur le matériau est lourd le matériau est fin

Question 12

Bois – Propriété thermique

Le bois est un :

très bon conducteur thermique matériau transparent aux infrarouges matériau qui ne conduit pas du tout la chaleur bon isolant thermique naturel

Question 13

Convection – Exemple

Dans un atelier chauffé par un radiateur, l’air chaud :

descend vers le sol monte vers le plafond car il est moins dense reste immobile autour du radiateur se transforme en rayonnement

Question 14

Double vitrage – Principe

Le double vitrage isole bien grâce à :

l’épaisseur des deux vitres la couleur du verre la lame de gaz (air ou argon) entre les deux vitres le cadre en aluminium

Question 15

Flux thermique – Calcul simple

Une paroi laisse passer 7 200 J de chaleur en 1 heure (3 600 s). Le flux thermique vaut :

2 W 7 200 W 3 600 W 0,5 W

Question 1

Conduction – Matériaux

La conduction thermique est particulièrement efficace dans :

les gaz les liquides les métaux le vide

Question 2

Convection – Naturelle vs forcée

Une étuve de séchage du bois utilisant un ventilateur est un exemple de :

convection naturelle convection forcée conduction rayonnement

Question 3

Rayonnement – Exemple

La chaleur du Soleil arrive sur Terre par :

conduction à travers l’atmosphère convection de l’air conduction à travers le vide rayonnement (électromagnétique)

Question 4

Conductivité thermique – Symbole et unité

La conductivité thermique \(\lambda\) s’exprime en :

W·m\(^{-1}\)·K\(^{-1}\) K/W J/s W/m²

Question 5

Résistance thermique – Formule

La résistance thermique d’un mur plan s’écrit :

\(R_{th} = \lambda \cdot S / e\) \(R_{th} = e \cdot \lambda \cdot S\) \(R_{th} = e / (\lambda \cdot S)\) \(R_{th} = \lambda / (e \cdot S)\)

Question 6

Résistance thermique – Unité

L’unité de la résistance thermique \(R_{th}\) est :

W·m\(^{-1}\)·K\(^{-1}\) K/W W/K J/K

Question 7

Flux et résistance – Lien

Le flux thermique à travers une paroi s’écrit :

\(\Phi = R_{th} \times \Delta T\) \(\Phi = R_{th} / \Delta T\) \(\Phi = R_{th} + \Delta T\) \(\Phi = \Delta T / R_{th}\)

Question 8

Conductivité – Comparaison

Le bois de pin a \(\lambda = 0{,}12\;\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\) et l’acier \(\lambda = 50\;\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\). Le bois est donc :

environ 400 fois plus isolant que l’acier environ 400 fois plus conducteur que l’acier aussi conducteur que l’acier environ 4 fois plus isolant que l’acier

Question 9

Calcul – Résistance thermique

Un panneau de bois de pin (\(\lambda = 0{,}12\;\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\)), d’épaisseur 18 mm et de surface 1,8 m². \(R_{th} \approx\) :

0,012 K/W 2,16 K/W 0,083 K/W 12 K/W

Question 10

Calcul – Flux thermique

Si \(R_{th} = 0{,}25\;\text{K/W}\) et \(\Delta T = 20\;\text{K}\), le flux thermique \(\Phi\) vaut :

5 W 80 W 0,0125 W 20,25 W

Question 11

Analogie électrique

L’analogie électrique du flux thermique \(\Phi = \Delta T / R_{th}\) correspond à :

\(I = U / R\) (loi d’Ohm) \(P = U \times I\) (puissance électrique) \(E = m \times c \times \Delta T\) (calorimétrie) \(F = m \times a\) (Newton)

Question 12

Isolation – Fenêtres

Pour les cadres de fenêtres, quel matériau est le moins isolant (sans rupture de pont thermique) ?

le bois le PVC le polystyrène l’aluminium

Question 13

Énergie – Relation avec le flux

Si \(\Phi = 80\;\text{W}\) pendant 1 heure (3 600 s), l’énergie perdue vaut :

80 J 3 600 J 288 000 J = 288 kJ 80 kJ

Question 14

Résistance thermique – Influence de l’épaisseur

Si on double l’épaisseur d’un mur (même matériau, même surface), la résistance thermique :

est divisée par 2 est multipliée par 2 reste la même est multipliée par 4

Question 15

Isolation – Contexte professionnel

Un menuisier compare un panneau de polystyrène (\(\lambda = 0{,}035\)) et un panneau de bois de pin (\(\lambda = 0{,}12\)) de mêmes dimensions. Lequel isole le mieux ?

le polystyrène, car sa conductivité \(\lambda\) est plus faible le bois, car sa conductivité \(\lambda\) est plus grande ils isolent pareil on ne peut pas comparer sans connaître la température

Question 1

Résistance thermique – Calcul complet

Un panneau de polystyrène (\(\lambda = 0{,}035\;\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\)) a une épaisseur de 40 mm et une surface de 2 m². \(R_{th} \approx\) :

0,17 K/W 0,57 K/W 1,75 K/W 5,7 K/W

Question 2

Flux thermique – Fenêtre

Une fenêtre simple vitrage a \(R_{th} = 4 \times 10^{-3}\;\text{K/W}\) et \(\Delta T = 20\;\text{K}\). Le flux thermique vaut :

80 W 500 W 5 000 W 50 000 W

Question 3

Énergie perdue – Calcul en kWh

Un flux de 5 kW traverse une fenêtre pendant 24 heures. L’énergie perdue vaut :

5 kWh 24 kWh 29 kWh 120 kWh

Question 4

Double vitrage – Gain énergétique

Un double vitrage réduit le flux d’un facteur 10 par rapport au simple vitrage. Si le simple vitrage perd 5 kW, le double vitrage perd :

500 W 50 W 5 W 4,5 kW

Question 5

Résistance thermique – Comparaison

Pour un panneau de 40 mm et 2 m², \(R_{th}^{\text{polystyrène}} \approx 0{,}57\;\text{K/W}\) et \(R_{th}^{\text{pin}} \approx 0{,}17\;\text{K/W}\). Le rapport vaut :

1 3,4 0,3 10

Question 6

Conductivité – Bois de chêne vs bois de pin

Le bois de chêne (\(\lambda = 0{,}17\)) conduit mieux la chaleur que le bois de pin (\(\lambda = 0{,}12\)). À dimensions égales, quel bois a la plus grande \(R_{th}\) ?

le chêne ils ont la même \(R_{th}\) le pin on ne peut pas savoir

Question 7

Flux thermique – Influence de \(\Delta T\)

Si on passe de \(\Delta T = 15\;\text{K}\) à \(\Delta T = 30\;\text{K}\) (même paroi), le flux thermique :

double reste le même est divisé par 2 est multiplié par 4

Question 8

Résistance thermique – Influence de la surface

Si on double la surface \(S\) d’une paroi (même matériau, même épaisseur), la résistance thermique :

double reste la même quadruple est divisée par 2

Question 9

Laine de verre – Calcul de flux

Un panneau de laine de verre (\(\lambda = 0{,}04\), épaisseur 100 mm, surface 10 m²) sépare un atelier à 18 °C de l’extérieur à −2 °C. Le flux \(\Phi\) vaut :

40 W 80 W 200 W 800 W

Question 10

Énergie – Conversion en kJ

Si \(\Phi = 80\;\text{W}\) pendant 1 heure, l’énergie perdue en kJ vaut :

80 kJ 28,8 kJ 288 kJ 2 880 kJ

Question 11

Modes de transfert – Identification

Un artisan menuisier utilise une lampe infrarouge pour sécher la peinture d’un meuble. Le mode de transfert dominant est :

le rayonnement la conduction la convection naturelle la convection forcée

Question 12

Fenêtre simple vitrage – Calcul complet

Une vitre de 6 mm d’épaisseur (\(\lambda_{\text{verre}} = 1{,}0\)), de surface 1,5 m². \(R_{th}\) vaut :

0,25 K/W 0,006 K/W 0,9 K/W 0,004 K/W

Question 13

Réglementation – RT 2020

Le triple vitrage, recommandé par la réglementation thermique (RT 2020), améliore l’isolation en :

remplaçant le gaz par du vide ajoutant une troisième vitre et une deuxième lame de gaz utilisant des vitres plus épaisses collant les vitres entre elles

Question 14

Problème ouvert – Contexte professionnel

Un menuisier agenceur doit choisir entre un cadre bois (\(\lambda = 0{,}12\)) et un cadre aluminium brut (\(\lambda = 230\)) pour une fenêtre d’atelier. Le rapport de leurs résistances thermiques est environ :

2 100 1 900 230

Question 15

Synthèse – Raisonnement global

Pour réduire les pertes thermiques d’un bâtiment, la meilleure stratégie est :

augmenter \(R_{th}\) en choisissant un matériau de faible \(\lambda\) et en augmentant l’épaisseur diminuer \(R_{th}\) en choisissant un matériau de faible \(\lambda\) augmenter la surface des murs augmenter \(\Delta T\) entre l’intérieur et l’extérieur