Bac S 2015 Pondichéry
Correction © http://labolycee.org
Exercice II : TRANSFERT THERMIQUE LORS DU CHAUFFAGE D’UNE PISCINE (6 points)
1. Fonctionnement global de la pompe à chaleur
1.1. D’après le schéma de la figure 1 :
- les énergies reçues par le fluide de la PAC sont Qf et We ;
- l’énergie cédée par le fluide de la PAC est QC.
1.2. Au cours d’un cycle du système {fluide frigorigène} de la
PAC, la variation d’énergie interne est nulle : ∆U{fluidePAC} = 0.
Ainsi, la somme des énergies reçues par le système est égale à l’énergie cédée soit :
Qf + W e = QC
Remarque : par convention, les énergies reçues par un système sont comptées positivement et celles cédées par le système sont comptées négativement. Pour le fluide la PAC, on aurait alors :
Qf > 0, We > 0 et QC < 0. La relation ∆U{fluidePAC}= 0 conduirait alors à : Qf + We + QC = 0 soit Qf + We = – QC avec QC < 0.
Dans l’exercice, il est indiqué que les grandeurs Qf, Qc et We sont positives : il faudrait donc écrire Qf + We – QC = 0 pour obtenir la relation Qf + We = QC.
2. Etude du fluide frigorigène
2.1. La figure 2 montre que le fluide frigorigène passe de l’état liquide à l’état gazeux lors de son passage dans le vaporisateur.
Le changement d’état du fluide est appelé ébullition ou vaporisation. Lors de ce changement d’état, le fluide frigorigène a reçu de l’énergie car l’air extérieur s’est refroidi.
2.2. Le fluide de la PAC circule dans des tuyaux sans jamais être en contact direct avec l’air extérieur. Le fluide transfère de l’énergie par conduction aux tuyaux qui suivant le même mode la transfèrent à l’air extérieur. Ainsi, parmi les modes de transfert thermique (conduction, convection et rayonnement), le mode de transfert thermique mis en jeu est la conduction.
3. Chauffage de l’eau du bassin d’une piscine
3.1. La variation d’énergie interne de l’eau est :
∆U{eau} = meau . ceau . ∆θ
∆U{eau} = ρeau.V.ceau.∆θ soit : ∆U{eau} = 1000 × 560 × 4,18×103 × (28 – 17) = 2,6×1010 J.
Le transfert thermique QC sert