Thème : HABITAT Chapitre 5 : Isolation d une habitation Cours livre p40 à 43 et 82 à 85 Objectifs : En bleu : spécifiques au chapitre Mobiliser et organiser ses connaissances Décrire qualitativement les trois modes de transferts thermiques en citant des exemples. Définir la résistance thermique. Citer le lien entre la température d un corps et la longueur d onde pour laquelle l émission de lumière est maximale. S approprier. Prévoir le sens de transfert thermique entre deux systèmes dans des cas concrets ainsi que leur état final. Expliciter la dépendance entre la puissance rayonnée par un corps et sa température. Classer des matériaux selon leurs propriétés isolantes, leur conductivité thermique étant donné Reformuler Extraire des informations sur des supports variés. Analyser. Exploiter des informations sur des supports variés. Distinguer simulation et expérience Autoévaluation Je pense savoir faire Je ne pense pas encore savoir faire Remédiation (à compléter...) AE n 6 ; n 1-2 p 47 ; 2-3 p 86-87 AD n 6 ; 5-6 p48 AE n 6 ; 6-7 p87 AE n 6 ; 1 p 86 AE n 6 ; 5 p 87 AE n 6 ; 3-4 p47 ; 5-6 p48 Evaluer l ordre de grandeur d un phénomène et de ses variations. Réaliser Réaliser le bilan thermique d une enceinte en régime stationnaire. AD n 6 ; 4 p 87 Mesurer l énergie échangée par transfert thermique. AD n 6 ; 8 p 88 Déterminer la résistance thermique globale d une paroi d un système constitué de différents matériaux. Faire un schéma adapté. Effectuer des calculs littéraux ou numériques. Valider Faire preuve d esprit critique, discuter un résultat en fonction de son ordre de grandeur par exemple, une information, une hypothèse, une propriété, une loi, un modèle ; corroborer, infirmer, choisir, prendre position. Interpréter des observations, des mesures, etc. ; confronter un modèle à des résultats expérimentaux, mettre en lien des phénomènes et des concepts. Communiquer Rendre compte à l oral ou à l écrit en utilisant un vocabulaire scientifique adapté et rigoureux ; présenter sous une forme appropriée (schéma, graphique, tableau, figure, etc.) Rédiger un protocole, une explication, une réponse argumentée ou une synthèse Ecrire un résultat de manière adaptée (unités, chiffres significatifs, écriture scientifique, incertitudes, etc.) Réaliser un schéma scientifique. Travailler en équipe et en autonomie, partager des tâches, s engager dans un dialogue constructif, accepter la contradiction tout en défendant son point de vue, faire preuve de diplomatie, négocier et rechercher un consensus, demander une aide pertinente. Décrire une observation, de façon écrite et orale. AD n 6 ; 6 p 48
I. Transferts thermiques. Activité expérimentale n 5: «Diagnostique thermique d une habitation» (à réaliser en classe par binôme). Objectif général : Mettre en évidence les pertes d énergie thermique dans une habitation. Mettre en évidence les modes de transferts thermiques. 1 : Le sens des transferts thermiques et l équilibre thermique Un transfert de chaleur s'effectue toujours spontanément du corps chaud vers le corps froid. L'équilibre thermique est atteint lorsque les corps sont à la même température. Source : Livre de physique chimie de 1STI2D Hachette (Collection Durandeau) 2 : Transferts d énergie thermique pour une habitation. 3 : Répartition des déperditions de chaleur dans une habitation.
4 : Modes de transferts thermiques. La conduction : C est la transmission d énergie de proche en proche dans la partie solide d un matériau. La chaleur se propage avec plus ou moins de facilité suivant la nature, les caractéristiques et la géométrie du matériau. La convection : Ce mécanisme de transfert de chaleur est propre aux fluides (gaz ou liquide). Au contact d un élément chaud le fluide, de l air par exemple, se met en mouvement et se déplace vers l élément froid au contact duquel il perd sa chaleur créant ainsi un mouvement vertical qui accélère les échanges thermiques entre les 2 éléments. Dans l habitat, on différencie la convection naturelle (ou libre) de la convection forcée. La convection forcée est le mouvement d un fluide imposé par une différence de pression créée par une pompe ou une soufflerie. Le chauffage par radiateur électrique soufflant ou une climatisation sont des applications de convection forcée. Le rayonnement : C est le transfert de chaleur d un élément à un autre par onde électromagnétique sans contact direct. Ce type de transfert ne nécessite pas de support matériel il peut se produire même dans le vide. Tous les éléments d une habitation émettent des rayonnements électromagnétiques (de même nature que la lumière). Les rayonnements qui contribuent au transfert de chaleur ont une longueur d'onde comprise entre 1 μm et 100 μm (rayonnement infrarouge). La puissance par unité de surface de ce rayonnement, appelée aussi l émittance M, est directement liée à la température T du corps, et à l émissivité e du matériau par la relation : M=5,67x10-8 xe xt 4, avec T en Kelvin et M en W.m -2. L émissivité e est un coefficient, sans unité, compris entre 0 et 1, qui dépend de la nature du matériau mais aussi de son état de surface. Elle traduit la capacité d un matériau à absorber les rayonnements qu il reçoit ou à transférer par rayonnement la chaleur qu il a emmagasinée. Si e =1, la puissance de rayonnement thermique absorbée ou fournie est maximale. Si e =0, cette puissance est nulle. Pour réfléchir le rayonnement thermique, on choisit un matériau dont l émissivité est proche de 0, alors que l émissivité d un matériau rayonnant est choisie proche de 1.
5 : La conductivité thermique d un matériau. La grandeur qui caractérise le comportement d'un matériau lors d'un transfert thermique par conduction, est sa conductivité thermique λ qui s'exprime en W.m -1.K -1 Plus la conductivité thermique d'un matériau augmente plus ce dernier conduit bien la chaleur. Source : http://www.construireavecsaint-gobain.fr/
II. Bilan thermique d une habitation. Activité documentaire n 6 évaluée: «bilan thermique d une habitation». (à réaliser en classe par binôme). Objectif général : Réaliser le bilan thermique d une enceinte en régime stationnaire. Flux thermique à travers une paroi. Si l'on considère une paroi pleine d'aire S, le flux thermique Φ est défini par : R est la résistance thermique de la paroi. Elle indique sa capacité à ralentir le transfert thermique. Plus sa valeur est grande, plus la paroi est isolante. R est proportionnelle à l épaisseur du matériau et inversement proportionnelle à sa conductivité thermique l. R= On montre que lorsqu on superpose plusieurs matériaux, les résistances thermiques s additionnent. Ainsi la résistance thermique d un mur est la somme des résistances thermiques des matériaux qui le composent. Exercices formatifs Evaluation sommative