Ce diaporama servant à présenter les expériences réalisées au cours

de ce TPE est automatisé, et il n’y a donc pas besoin de cliquer sur un

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Merci et bon visionnage.

On suppose que la température à l’intérieur d’une maison non-isolée est plus sensible aux

variations de la température extérieure que celle d’une maison isolée.

Si une maison non-isolée est plus sensible aux variations de températures extérieures qu’une

maison isolée, alors, dans les mêmes conditions, la température interne de la maison isolée variera

moins que celle de la maison non-isolée.

Dans une boîte isolée (représentant la maison isolée), on introduit une sonde thermique reliée à

un ordinateur. On place deux lampes à 5cm de la boîte. On lance la mesure.. Au bout de 15

minutes, on arrête la mesure. On recommence la même manipulation avec la boîte non-isolée

(représentant la maison non-isolée).

1/ Expérience n°1 : Transfert thermique avec l’extérieur

a/ Hypothèse :

b/ Protocole :

c/ Manipulation :

d/ Schéma de la manipulation :

5cm

5cm

Ordinateur doté d’un logiciel d’EXAO

Sonde de température

Lampe placée à 5cm de la boîte

boîte isolée/non-isolée

1/ boîte isolée ou non-isolée sur laquelle on expérimente.

2/ Lampes servant de sources de chaleur externe à la boîte.

3/ Sonde thermique permettant d’observer les variations de température dans la boîte.

4/ Ordinateur relié à la sonde pour pouvoir traiter les données relevées.

5/ Observation et interprétation des mesures

e/ Observations :

• Dans le cas de la boîte non isolée :

On peut voir que la température à l’intérieur de la boîte est croissante tout au long de l’expérience.

On peut en particulier remarquer que la pente de la courbe est plus grande entre T=0min et

T=4,30min (de 20,2 °C à 21 °C) que entre T=4,30min et T=15min (de 21 °C à 21,3 °C). Il est aussi

possible de constater qu’en un quart d’heure, la température interne de la boîte a augmenté de

1,1°C.

• Dans le cas de la boîte isolée :

On remarque que durant les quatre premières minutes de l’expérience, la température dans la boîte

diminue. On passe en effet de 18,35 °C à T=0min à 18,07 °C à T=4min. Ensuite, on constate que la

température stagne entre 18,07 °C et 18,05 °C entre T=4min et T=9,30min. Enfin, on observe qu’à

partir de T=9,30min, la température à l’intérieur de la boîte augmente jusqu’à atteindre 18,17 °C à

T=15min.

On voit aussi que les extrêmes sont très proches (18,05 et 18,35 °C). De plus, la pente de T=0min

à T=2min est plus important que celle entre T=2min et T=4min. Pour finir, on remarque qu’au

moment de l’allumage des lampes (T=2min) et à la fin de l’expérience, la température à l’intérieur

de la boîte est égale : 18,15 °C

f/ Interprétations :

De ces différentes observations, on peut déduire plusieurs choses :

• Tout d’abord, la température à l’intérieur de la boîte isolée varie très peu alors que celle de la

boîte non isolée augmente. On en déduit donc que la boîte isolée est beaucoup moins sensible aux

changements de température externes qu’une boîte non isolée. On peut donc par analogie déduire

que la température d’une maison isolée varie moins en fonction des conditions extérieures que

celle d’une maison pas ou peu isolée.

• De plus, nous avons remarqué que dans le cas de la boîte non isolée, la température augmentait

vite de 0 à 4,30 minutes et que par la suite (de 4,30 à 15 minutes), la température augmentait plus

lentement. On peut donc déduire qu’il y a une perte d’énergie au niveau de cette boîte, et donc par

analogie, qu’une maison non isolée subit une perte d’énergie et nécessite donc plus d’énergie pour

se maintenir à une certaine température.

• Enfin, nous avons constaté que dans la boîte isolée, la pente de la courbe entre 0 et 2 minutes est

plus importante que celle entre 2 et 4 minutes. De plus, nous avons constaté que de 4 à 9,30

minutes, la température stagne puis remonte jusqu’à la fin de l’expérience. Cela nous permet de

déduire que même à l’intérieur d’une boîte isolée les conditions extérieures jouent un rôle, même si

celui-ci est moins important que dans le cas d’une boîte non isolée (augmentation de la

température interne de la boîte isolé de T=2min à T=15min : 0,0°C et augmentation de la

température interne de la boîte non isolée de T=0min à T=15min : 1,1 °C).

On suppose qu’une maison isolée chauffée conserve mieux sa chaleur qu’une maison non-isolée et perd donc moins d’énergie thermique qu’une maison non-isolée.

Si une maison non-isolée émet plus de chaleur vers l’extérieur qu’une maison isolée, cela signifie que, en partant de sources de chaleur identiques à l’intérieur des maisons à un moment donné, la température de la maison non-isolée diminuera plus rapidement ou augmentera plus lentement que celle de la maison isolée.

Dans une boîte non-isolée (représentant la maison non-isolée), on introduit une sonde thermique reliée à un ordinateur. On place en plus de cela une plaque en argile préalablement chauffée au four à 100°C à l’intérieur de la boîte en prenant garde à ce que la plaque ne soit pas en contact avec la sonde thermique. On lance la mesure. Au bout de 20 minutes, on arrête la mesure. On fait ensuite de même avec une boîte isolée (représentant une maison isolée), en arrêtant cette fois la mesure après 15 minutes.

a/ Hypothèse :

b/ Protocole :

c/ Manipulation :

2/ Expérience n°2 : Transfert thermique avec l’intérieur

d/ Schéma de la manipulation :

5cm

5cm

Ordinateur doté d’un logiciel d’EXAO

Sonde de température

Plaque d’argile chauffée à 100°C

boîte isolée/non-isolée

1/ Le montage est très ressemblant au précédent ...

2/ … Sauf que la source de chaleur n’est plus externe ...

3/ Elle est désormais interne à la boîte.

4/ Ordinateur relié à la sonde pour pouvoir traiter les données relevées.

5/ Observation et interprétation des mesures

e/ Observations :

• Dans le cas de la boîte non isolée :

On remarque que durant les 7 premières minutes de l’expérience, la température à l’intérieur de la boîte est croissante. Elle l’est de façon importante entre T=0min et T=2min (on passe de 25°C à 27,5°C), puis de façon plus modérée entre T=2min et T=7min (augmentation de 27,5°C à 28,8°C). On constate ensuite que la température à l’intérieur de la boîte stagne pendant 2 minutes avant de commencer à diminuer lentement et de façon constante jusqu’à atteindre 28°C à T=20min.

Note : A l’origine, nous avions l’intention de relever la température pendant une durée de 15 minutes. Cependant, à la vue des valeurs obtenues, nous avons décidé de prolonger cette durée de 5 minutes. En effet, nous avons remarqué que la température diminuait après 9 minutes. Nous nous demandions si après les 15 minutes, la température interne de la boîte diminuait à la même vitesse ou si au contraire cette vitesse diminuait ou augmentait.

• Dans le cas de la boîte isolée :

Premièrement, nous observons que la courbe est croissante du début à la fin de l’expérience. En

effet, de T=0 à T=4min, la température augmente beaucoup : on passe de 21,5°C à 28°C. Ensuite,

l’augmentation de la température est progressivement moins rapide de T=4min à T=12,30min, puis

elle atteint sa température maximale et se stabilise à environ 34°C entre T=12,30min et T=15min.

f/ Interprétations :

A partir de ces observations, on peut déduire que :

• Pour commencer, on remarque que contrairement à l’expérience précédente, la température dans la boîte isolée est supérieure à celle de la boîte non-isolée. On en déduit donc que la chaleur qui était présente dans la boîte non-isolée n’a pas pu être aussi bien conservée que celle qui était présente dans la boîte isolée. Par analogie, on en déduit qu’une maison isolée peut conserver la chaleur de manière plus efficace qu’une maison non-isolée.

• Nous avons aussi constaté que les températures maximales atteintes dans les deux boîtes sont très différentes : en effet, la boîte isolée atteint une température maximale de 34°C alors que la température maximale de la boîte non-isolée est 28,8°C. En plus de cela, nous avions constaté que la température de la boîte non-isolée diminuait relativement vite à partir de T=9min. On peut donc déduire à partir de ces deux observations que l’isolation permet de réduire la présence de fuites d’air (l’air chaud à l’intérieur de la boîte sort de la boîte et est remplacé par de l’air plus froid). Cela s’applique à nouveau aussi aux maisons : une maison isolée à donc moins de fuite d’air qu’une maison non-isolée.

• Enfin, le fait que la température de la boîte isolée se stabilise à la fin de l’expérience indique que malgré le fait qu’elle perd moins de chaleur que la boîte non-isolée, elle subit tout de même elle aussi, des fuites d’air.

D’après les deux expériences, nous avons déduit que la maison isolée est à la fois moins sensible

aux conditions thermiques extérieures que la maison non-isolée ; mais aussi qu’elle arrive mieux à

conserver sa propre chaleur. Cela permet donc de réduire la quantité d’énergie utilisée pour le

chauffage en empêchant le froid d’entrer et en permettant au chaud de rester à l’intérieur.

3/ Conclusion

Fin