S o m m a i r e. Habitat

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1 S o m m a i r e Habitat 1 Comment utiliser l énergie solaire dans l habitat? Quels sont les comportements des fluides utilisés dans l habitat? Comment utiliser un fluide pour chauffer ou refroidir? Comment les ondes électromagnétiques sont-elles utilisées pour les communications dans l habitat? Qu est-ce que la domotique? Quel produit d entretien choisir? Transport 7 Que se produit-il lorsqu on applique une force ou un couple à un solide? Quels carburants pour demain? Comment fonctionnent les piles et les accumulateurs? Chaînes de conversion électromécanique Quels matériaux pour les véhicules? Comment fonctionne une chaîne d informations dans un véhicule? Santé 13 Quelles sont les caractéristiques des ondes électromagnétiques au service de la santé? Peut-on utiliser un champ magnétique pour le diagnostic médical? Comment mesurer la radioactivité? Tableau de classification périodique

2 C H A P I T 1 R E 1 Comment utiliser l énergie solaire dans Calcul numérique l habitat? L e c o u r s Conversion thermique de l énergie solaire Il existe deux types de capteurs solaires qui convertissent l énergie du Soleil, reçue par rayonnement, en énergie thermique. Mur à accumulation d énergie L énergie reçue est accumulée le jour et restituée pendant la nuit. La capacité thermique est grande : plusieurs dizaines de kwh peuvent être fournis durant la nuit. Soleil W R Rayonnement visible, U.V. et I.R. Mur à accumulation d'énergie W R Q Convection Conduction Rayonnement I.R. Légende Source d'énergie Transfert Convertisseur EXERCICES MÉTHODES COURS Doc. 1 Diagramme de conversions et transferts d énergie pour un mur à accumulation. Panneau thermique solaire Un fluide caloporteur est chauffé par le rayonnement solaire, au niveau de l absorbeur. Le fluide circule ensuite dans l installation et apporte la chaleur là où elle est nécessaire (eau chaude et/ou chauffage). L énergie fournie est de l ordre de quelques kwh pour une journée ensoleillée. CORRIGÉS Comment utiliser l énergie solaire Calcul dans numérique l habitat? 5

3 L e s e x e r c i c e s 1 Mur à accumulation d énergie La température d un mur de briques pleines exposé au Soleil passe de 14 C à 35 C. 1. a) Sous quelle forme le mur emmagasine-t-il de l énergie? b) La masse du mur étant de kg, calculer l énergie accumulée. 2. La nuit la température du mur passe de 35 C à 16 C en 12 heures. a) Calculer l énergie cédée par le mur. b) Calculer la puissance transférée. c) Sous quelle forme a lieu ce transfert d énergie thermique? Donnée : c brique = 840 J.kg 1. C 1. 2 Une installation avec panneau solaire thermique On estime, qu en France, chaque mètre carré reçoit, en moyenne, une énergie solaire de kwh/an. 1. Calculer l énergie annuelle reçue par un panneau solaire de 20 m². 2. Le panneau solaire thermique alimente les trois chauffe-eau d un complexe sportif, qui absorbent chacun en moyenne par an kwh. Le rendement global de l installation solaire est de 30 %. Ce panneau solaire suffit-il pour chauffer à lui seul l eau des chauffe-eau? 3 Étude d un panneau solaire thermique Capteur solaire Fluide caloporteur Sonde de température Serpentin Groupe de transfert avec pompe et régulation Alimentation électrique Arrivée d eau froide 14 Comment utiliser l énergie solaire dans l habitat? Réservoir de stockage avec échangeur Départ d eau chaude sanitaire

4 C o r r i g é s 1 Pompe aspirante Du théorème fondamental de l hydrostatique DP = r.g.h, on obtient : h = p = ρ.g = 5 m Récupérateur d eau 1. Le théorème fondamental de l hydrostatique indique que la pression exercée en M dépend de la hauteur de l eau dans la cuve mais pas du diamètre de celle ci. Par contre, la pression exercée sur le sol par un pied dépend du poids du récupérateur d eau, donc de son volume qui est une fonction du carré du diamètre de la cuve. 2. Lorsque la cuve est pleine, le théorème fondamental de l hydrostatique permet d écrire : p M p A = r.g.h. On en déduit p M = p A + r.g.h avec p A = p atm = 1, Pa ; r = 1, kg.m 3 et h = 2,5 m. p A = 1, , ,80 2,5 = 1, Pa. 3. Lorsque la cuve est pleine, la force pressante exercée sur le clapet est : f = p A S = 1, = 508 N. 508 N < 650 N, la vanne est correctement choisie. 3 Un réservoir 1. Pour déterminer les débits dans les canalisations a, b et c, on utilise les relations S = π D2 et Q 4 L = S.v. Canalisation D (m) S (m 2 ) v (m.s 1 ) Q L (m 3.s 1 ) a , b 1, , c , En divisant les deux membres par la masse volumique de l eau, l équation de continuité des débits massiques Q a + Q b = Q c + Q d peut s écrire à l aide des débits volumiques Q Va + Q Vb = Q Vc + Q Vd d où Q Vd = Q Va + Q Vb Q Vc EXERCICES MÉTHODES COURS CORRIGÉS Quels sont les comportements des fluides utilisés dans l habitat? 33

5 Corrigé commenté Pression (bar) Point critique (221 bar 374 C) A B 5 1,013 0,123 6, , P f P eb Point triple (6,15 mbar 0,01 C) C Température ( C) A correspond à l état solide, B à l état liquide, C à l état gazeux. 2. Au point triple, les trois états physiques de l eau coexistent : solide, liquide, gazeux. 3. À 150 C sous 20 bars, l eau est liquide. 4. À 30 C sous 0,38 mbar, le changement d état est une sublimation : il s agit du passage de l état solide à l état gazeux. CONSEILS À RETENIR Pour une pression donnée, plus on augmente la température, plus on accroît l énergie cinétique des molécules d eau. Par conséquent, l état solide correspondra aux températures les plus basses, l état gazeux aux températures les plus élevées. Le diagramme nous montre que dans certaines conditions, le passage par l état liquide n existe pas. 40 Comment utiliser un fluide pour chauffer ou refroidir?

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