Physique-chimie · Terminale

Exercices : transferts thermiques, loi de Newton et bilan radiatif de la Terre

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Transferts thermiques, loi de Newton et bilan radiatif de la Terre — S’entraîner

Feuille d’exercices

Prénom : ……………………………Date : ……………………Score : ……… / 8

Exercice 1 — Relie chaque élément de gauche à celui de droite.
Associe chaque situation au mode de transfert thermique principal.
1. 1. La poignée métallique d’une casserole chauffe
2. 2. L’air chaud monte au-dessus d’un radiateur
3. 3. Le Soleil chauffe la Terre
- A. conduction
- B. rayonnement
- C. convection
Exercice 2
Calcule la résistance thermique (en K·W⁻¹) d’une plaque de polystyrène : e = 5,0 cm ; λ = 0,035 W·m⁻¹·K⁻¹ ; S = 2,0 m². Arrondis au centième.
Écris tes calculs :
Réponse : ……………… K·W⁻¹
Exercice 3
Une paroi de résistance thermique 0,25 K·W⁻¹ sépare l’intérieur à 20 °C de l’extérieur à 0 °C. Quel est le flux thermique à travers la paroi, en W ?
Écris tes calculs :
Réponse : ……………… W
Exercice 4
Un flux thermique de 80 W traverse une paroi pendant 24 h. Quelle énergie est perdue, en MJ (arrondie au dixième) ?
Écris tes calculs :
Réponse : ……………… MJ
Exercice 5
Un café à 80 °C refroidit dans une pièce à 20 °C selon T(t) = 20 + 60 e^−t/τ (en °C), avec τ = 10 min. Quelle est sa température au bout de 10 min, en °C (arrondie à l’unité) ?
Écris tes calculs :
Réponse : ……………… °C
Exercice 6 — Coche « Vrai » ou « Faux ».
Un transfert thermique spontané peut se faire d’un corps froid vers un corps chaud.
VraiFaux
Exercice 7 — Coche la bonne réponse.
Sans effet de serre (à albédo inchangé), la température moyenne de la surface de la Terre serait d’environ −18 °C, contre environ 15 °C en réalité. Quelle est la cause principale de cet écart ?
- L’albédo des nuages
- L’effet de serre
- La chaleur du noyau terrestre
- La rotation de la Terre
Exercice 8
Un objet de capacité thermique C, à la température T, échange avec l’air à T_ext un flux Φ = hS(T_ext − T). Établis l’équation différentielle vérifiée par T et donne sa solution pour T(0) = T₀.

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Transferts thermiques, loi de Newton et bilan radiatif de la Terre — S’entraîner

Corrigé détaillé — pour les parents et les enseignants

Exercice 1
Réponse : 1 → A · 2 → C · 3 → B
Conduction : de proche en proche dans le métal ; convection : mouvement de l’air ; rayonnement : seul mode possible à travers le vide spatial.
Exercice 2
Réponse : 0,71 K·W⁻¹
On applique R_th = , avec e en mètres.
1. R_th = =
2. R_th ≈ 0,71 K·W⁻¹
Exercice 3
Réponse : 80 W
Le flux à travers la paroi vaut Φ = .
1. ΔT = 20 K
2. Φ = = 80 W, de l’intérieur vers l’extérieur
Exercice 4
Réponse : 6,9 MJ
Q = Φ × Δt, avec Δt en secondes.
1. Δt = 24 × 3 600 = 86 400 s
2. Q = 80 × 86 400 ≈ 6,9 × 10⁶ J = 6,9 MJ
Exercice 5
Réponse : 42 °C
On remplace t par τ : e⁻¹ ≈ 0,368.
1. T = 20 + 60 × e⁻¹
2. T ≈ 20 + 22,1 ≈ 42 °C
Exercice 6
Réponse : Faux
Spontanément, le transfert thermique s’effectue toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid. Un réfrigérateur réalise l’inverse, mais en consommant de l’énergie.
Exercice 7
Réponse : L’effet de serre
Certains gaz de l’atmosphère (vapeur d’eau, dioxyde de carbone, méthane…) absorbent une partie du rayonnement infrarouge émis par la surface et en réémettent vers elle : c’est l’effet de serre.
Exercice 8
Exemple de réponse : Premier principe pour le système incompressible pendant dt : dU = C dT = Φ dt = hS(T_ext − T) dt.
Donc = −(T − T_ext), soit + = avec τ = .
Solution : T(t) = T_ext + A e^−t/τ ; avec T(0) = T₀, A = T₀ − T_ext.
T(t) = T_ext + (T₀ − T_ext) e^−t/τ.
La constante de temps τ est d’autant plus grande que la capacité thermique est grande et que les échanges (hS) sont faibles.
- Bilan C dT = Φ dt.
- Équation différentielle et τ = C/(hS).
- Solution avec la condition initiale.

Exercices corrigés : 0 / 8

Exercice 1 sur 8
Association
Associe chaque situation au mode de transfert thermique principal.
- La poignée métallique d’une casserole chauffe
- L’air chaud monte au-dessus d’un radiateur
- Le Soleil chauffe la Terre
Aide d’ULU pour cet exercice
Exercice 2 sur 8
Calcul
Calcule la résistance thermique (en K·W⁻¹) d’une plaque de polystyrène : e = 5,0 cm ; λ = 0,035 W·m⁻¹·K⁻¹ ; S = 2,0 m². Arrondis au centième.
Ta réponseK·W⁻¹
Aide d’ULU pour cet exercice
Exercice 3 sur 8
Calcul
Une paroi de résistance thermique 0,25 K·W⁻¹ sépare l’intérieur à 20 °C de l’extérieur à 0 °C. Quel est le flux thermique à travers la paroi, en W ?
Ta réponseW
Aide d’ULU pour cet exercice
Exercice 4 sur 8
Calcul
Un flux thermique de 80 W traverse une paroi pendant 24 h. Quelle énergie est perdue, en MJ (arrondie au dixième) ?
Ta réponseMJ
Aide d’ULU pour cet exercice
Exercice 5 sur 8
Calcul
Un café à 80 °C refroidit dans une pièce à 20 °C selon T(t) = 20 + 60 e^−t/τ (en °C), avec τ = 10 min. Quelle est sa température au bout de 10 min, en °C (arrondie à l’unité) ?
Ta réponse°C
Aide d’ULU pour cet exercice
Exercice 6 sur 8
Vrai ou faux
Un transfert thermique spontané peut se faire d’un corps froid vers un corps chaud.
Vrai ou faux ?
VraiFaux
Aide d’ULU pour cet exercice
Exercice 7 sur 8
QCM
Sans effet de serre (à albédo inchangé), la température moyenne de la surface de la Terre serait d’environ −18 °C, contre environ 15 °C en réalité. Quelle est la cause principale de cet écart ?
Choisis une réponse
L’albédo des nuagesL’effet de serreLa chaleur du noyau terrestreLa rotation de la Terre
Aide d’ULU pour cet exercice
Exercice 8 sur 8
Question ouverte
Un objet de capacité thermique C, à la température T, échange avec l’air à T_ext un flux Φ = hS(T_ext − T). Établis l’équation différentielle vérifiée par T et donne sa solution pour T(0) = T₀.
Ta réponse
Aide d’ULU pour cet exercice

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