Exercices corrigés en vidéo

Chauffage de l'eau dans une machine à laver

Exercice : chauffage de l’eau dans une machine à laver

 

Énoncé

Considérons un résistor électrique permettant de fournir par effet Joule la puissance $P=1000 W$ à l’eau dans la machine à laver. Le résistor a une surface de contact avec l’eau de $S =0,1 m^2.$ L’énergie thermique est dissipée par un flux conducto-convectif (orienté du résistor vers l’extérieur) d’expression $ Phi = hS(T_{res}-T_{eau}),$ avec $h=1000 W.m^{-2}.K^{-1}$ le coefficient conducto-convectif.

Compression d'un gaz

Exercice : Compression d’un gaz

 

Énoncé

On considère un cylindre de section $S$ fermé par un piston mobile de masse négligeable. On introduit dans le cylindre une quantité de matière $n$ d’un gaz supposé parfait de capacité thermique totale $C.$ La pression extérieure est notée $P_0$ et on note $T_i$ la température initiale du gaz. Le cylindre est supposé parfaitement calorifugé si bien qu’aucun transfert thermique n’a lieu entre l’extérieur et l’air contenu dans le cylindre.

Gaz parfait dans une enceinte fermée

Exercice : Gaz parfait dans une enceinte fermée

 

Énoncé

On place un gaz parfait dans une enceinte fermée et indéformable au contact du milieu extérieur à la température $​T_0.$ Initialement, ce gaz est décrit par les variables d’état $​n_1, ​T_1, P_1$ ​ et $V_1​.$ Une fois l’équilibre thermique atteint, ses variables d’état sont $​n_2, ​T_2, P_2$ ​ et $V_12.$

Réfrigérateur

Exercice : Réfrigérateur

 

Énoncé

Un réfrigérateur fonctionne en faisant circuler un fluide frigorigène qui subit quatre transformations :

– à une température basse, il reçoit de la part de l’intérieur du réfrigérateur un transfert d’énergie thermique ;

– il reçoit ensuite un travail mécanique de la part du compresseur. Sa pression augmente, ce qui provoque une élévation de sa température ;

– il circule ensuite en contact avec le milieu extérieur auquel il transfère une partie de son énergie sous forme thermique ;

– enfin, il passe dans le détendeur : sa pression et sa température chutent. Le fluide est alors prêt pour un nouveau cycle.

 

Frottement des mains

Exercice : Frottement des mains

 

Énoncé

Afin de se réchauffer les mains en hiver, il est fréquent de se frictionner les mains l’une contre l’autre.

 

Données

Épaisseur de la peau au niveau de la main : $e=1 mm$

Surface de la paume de la main : $S= 150 cm^2$

Masse volumique de la peau : $rho=1,0 times 10^3 kg.m^{-3}$

Capacité thermique massique de la peau : $c=4,18 kJ.kg^{-1}.K^{-1}$

Puissance de frottement : $P=20 W$

Refroidissement d'un gâteau à l'air libre

Exercice : Refroidissement d’un gâteau à l’air libre.

 

Énoncé

Considérons un gâteau qui, tout juste sorti du four à une température uniforme de $T_i = 180 °C.$ On suppose que la température du gâteau est homogène à tout instant. La température de l’air extérieur vaut $T_{ext}= 20 °C.$ La capacité thermique massique du gâteau est assimilée à celle de l’eau ($c_{eau}= 4185 J.kg^{-1}.K^{-1}$) et on suppose que le gâteau a un rayon de $R= 15 cm$ et une hauteur de $h=5 cm.$