Chapitre 12 – Changements d'état et énergie thermique | 2nde Bac Pro | Physique – Chimie | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 15 juin 2026
💡 Notions centrales : leçon §3 (\(Q = m \times L\)) + lien énergie \(E = P \times t\). 1 kWh = 1 000 W pendant 1 h.
Inès tient une épicerie. Son réfrigérateur de présentation maintient les produits à 4 °C alors que le magasin est à 22 °C. Elle trouve sa facture d'électricité élevée et se demande comment fonctionne l'appareil et comment réduire sa consommation.
À l'aide du Document 1, indiquer dans quel organe le fluide prend la chaleur (refroidit les aliments) et dans quel organe il la rejette.
Le fluide prend la chaleur dans l'évaporateur, à l'intérieur du frigo : en s'évaporant, il refroidit l'enceinte et les aliments.
Il rejette la chaleur dans le condenseur, la grille à l'arrière : en se condensant, il réchauffe l'air de la pièce.
Quel changement d'état se produit dans l'évaporateur ? Pourquoi ce changement d'état refroidit-il les aliments ?
Dans l'évaporateur, le fluide passe de l'état liquide à l'état gazeux (vaporisation).
Pour s'évaporer, le fluide a besoin d'énergie : il absorbe de la chaleur aux aliments et à l'air du frigo, qui se refroidissent donc.
Calculer l'énergie absorbée quand 0,2 kg de R-600a s'évapore. Utiliser \(Q = m \times L\).
\(Q = m \times L = 0{,}2 \times 365 = \mathbf{73\ \text{kJ}}\).
Le frigo doit évacuer en permanence 80 W de chaleur. Comme il déplace 2 fois plus de chaleur qu'il ne consomme d'électricité (COP ≈ 2), quelle est la puissance électrique moyenne du compresseur ?
Puissance électrique = chaleur à déplacer ÷ COP = \(\dfrac{80}{2} = \mathbf{40\ \text{W}}\) en moyenne.
(Le compresseur ne tourne pas en continu : 40 W est sa puissance moyenne sur la journée.)
Calculer l'énergie électrique consommée en 1 an, en kWh. On rappelle \(E = P \times t\), avec une année = 24 h × 365 = 8 760 h.
\(E = P \times t = 40\ \text{W} \times 8\,760\ \text{h} = 350\,400\ \text{Wh}\).
\(E \approx \mathbf{350\ \text{kWh/an}}\) (on divise par 1 000 pour passer en kWh).
À 0,25 €/kWh, quel est le coût annuel ? D'après le Document 2, dans quelle classe énergétique se situe ce frigo ?
Coût : \(350 \times 0{,}25 = \mathbf{87{,}50\ €/\text{an}}\).
350 kWh/an, c'est au-dessus de 320 kWh : le frigo est dans une classe basse (E ou pire) — il consomme beaucoup.
Dans la simulation, augmente la température de la pièce et le nombre d'ouvertures de porte. Que se passe-t-il pour la charge thermique et la consommation ? Explique pourquoi.
Quand la pièce est plus chaude, l'écart de température avec l'intérieur (4 °C) augmente : plus de chaleur entre par les parois, donc la charge thermique et la consommation montent.
À chaque ouverture de porte, de l'air chaud entre : le frigo doit le refroidir, ce qui ajoute de la chaleur à évacuer. Plus on ouvre, plus il consomme.
Rédiger en 4 lignes trois conseils à donner à Inès pour réduire la consommation de son réfrigérateur, en t'appuyant sur ce que tu as observé.
• Ne pas régler la température trop basse : 4 °C suffit, chaque degré en moins coûte de l'énergie.
• Limiter les ouvertures de porte et ne pas la laisser ouverte : l'air chaud qui entre doit être refroidi.
• Éloigner le frigo des sources de chaleur (four, soleil) et dépoussiérer la grille arrière pour qu'elle évacue bien la chaleur.
• À terme, remplacer par un appareil de classe A : il consommera 3 à 4 fois moins.
Un réfrigérateur récent de classe A consomme environ 90 kWh/an. Calculer l'économie annuelle (en kWh et en €) par rapport au frigo de l'épicerie (350 kWh/an).
Économie d'énergie : \(350 - 90 = \mathbf{260\ \text{kWh/an}}\).
Économie d'argent : \(260 \times 0{,}25 = \mathbf{65\ €/\text{an}}\).
Sur 10 ans : 650 € économisés — souvent plus que le prix d'un frigo neuf performant.
Réponse à la problématique : le réfrigérateur extrait la chaleur de l'enceinte froide par l'évaporation d'un fluide (qui absorbe de la chaleur), et la rejette dans la pièce par la condensation (grille arrière). Sa consommation augmente quand la pièce est chaude, quand on ouvre souvent la porte ou quand l'appareil est mal isolé.
📚 Cette activité s'appuie sur §3 (énergie de changement d'état, \(Q = m \times L\)) de la leçon Ch12 et sur la relation énergie–puissance \(E = P \times t\).