Seconde Bac Pro TNE · Mathématiques & physique-chimie

Chauffer un ballon d’eau

Relie le volume d’eau, l’écart de température et la puissance de l’appareil à l’énergie consommée, à la durée de chauffe et au coût.

Mission : retrouve le calcul de la séance pour 150 L d’eau chauffés de 15 °C à 60 °C. Compare ensuite une résistance électrique et un chauffe-eau thermodynamique.

Modèle : avec 1 L d’eau ≈ 1 kg, l’énergie thermique reçue vaut \(Q=m\,c\,\Delta T\), où \(c=4180\ \mathrm{J/(kg\cdot K)}\).

1. Régler le ballon

Volume d’eau : 150 L

Température initiale : 15 °C

Température visée : 60 °C

Puissance électrique absorbée : 2,0 kW

Système de chauffe

Prix de l’électricité : 0,20 €/kWh

2. Le ballon

150 L
15 → 60 °C

résistance

Voir la séance de co-intervention →

3. Bilan énergétique

Écart ΔT—

Énergie thermique Q—

Électricité consommée—

Durée idéale—

Coût d’une chauffe—

Puissance thermique—

\(Q=m\times c\times(T_f-T_i)\)

\(E_{élec}=Q/\mathrm{COP}\qquad t=E_{élec}/P_{élec}\)

4. Évolution idéale de la température

Le modèle suppose une chauffe régulière, sans pertes par les parois ni puisage d’eau. Le COP réel d’un chauffe-eau thermodynamique dépend notamment de la température de l’air et des conditions d’installation.