Labo Maths-Sciences • Thermique & Isolation
TP — Mesures Calorimétriques & Profil de Température d'un Mur
⏱ Durée : 55 min
1ère Pro / Bac Pro
Contexte Professionnel
L'évaluation expérimentale de la résistance thermique $R = \frac{e}{\lambda}$ et de la quantité de chaleur $Q = m c \Delta T$ permet de valider le choix des matériaux d'isolation (DPE bâtiment, calorifugeage des canalisations et refroidissement des fluides industriels).
Formules & Relations Clés
$Q = m \cdot c \cdot \Delta T$
$R = \frac{e}{\lambda}$
$\Phi = \frac{S \cdot \Delta T}{R_{tot}}$ (Watts)
Matériel Réel Nécessaire (Paillasse de TP)
Calorimètre Isotherme + Agitateur
Vase Dewar ou enceinte isolée
2 Thermomètres Numériques 0,1°C
Sondes thermocouple ou Pt100
Échantillons d'Isolants (10x10 cm)
Polystyrène, bois, laine de verre
Balance + Éprouvette Graduée
Pesée de la masse d'eau $m$
Consignes de Sécurité TP
- ⚠️ Risque de brûlure : Manipuler l'eau chaude avec précaution à l'aide de gants isolants de laboratoire.
- ⚠️ Stabilité du calorimètre : Placer le calorimètre bien à plat au centre de la paillasse.
- ⚠️ Ne pas immerger les boîtiers électroniques des sondes dans l'eau.
Déroulement Expérimental — 6 Étapes Guidées
1
Préparation et Mesure de la Masse d'Eau
⏱ 8 min
- Verser une masse $m = 0{,}200\text{ kg}$ ($200\text{ g}$) d'eau tiède dans le calorimètre.
- Placer la sonde numérique et relever la température initiale stabilisée $T_i$ (ex: $20{,}0^\circ\text{C}$).
2
Mélange Calorimétrique et Équilibre Thermique
⏱ 10 min
- Ajouter une masse $m_{chaude} = 0{,}100\text{ kg}$ d'eau chaude portée à $T_{chaud} = 60{,}0^\circ\text{C}$.
- Agiter doucement et relever la température d'équilibre $T_{eq}$ obtenue (ex: $33{,}2^\circ\text{C}$).
- Vérifier l'égalité $m_1 c (T_{eq} - T_1) = m_2 c (T_2 - T_{eq})$.
3
Mesure des Déperditions Thermiques à travers un Isolant
⏱ 12 min
- Fixer l'échantillon d'isolant (polystyrène $e = 2\text{ cm}$) sur l'enceinte de chauffage.
- Mesurer la chute de température $\Delta T$ au bout de $10\text{ minutes}$.
- Calculer la résistance thermique expérimentale $R_{exp} = \frac{S \cdot \Delta T}{\Phi}$.
Tableau de Relevé des Mesures Réelles du Labo
Saisissez vos mesures réelles ci-dessous| Matériau Isolant | Épaisseur $e$ (cm) | Surface $S$ (m²) | Temp. $T_{int}$ (°C) | Temp. $T_{ext}$ (°C) | Résistance $R$ (m²K/W) | Flux $\Phi$ (Watts) | Pertes 24h (kWh) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Polystyrène (λ=0.035) | 2.86 m²K/W | 437 W | 10.5 kWh | ||||
| Laine de verre (λ=0.040) | 3.00 m²K/W | 417 W | 10.0 kWh |
Compte-rendu — Bilan de TP & Réponses aux questions
SIMULATEUR PAROI MULTICOUCHE • PROFIL T(x)
RÉSISTANCE R_TOT
3.63 m²K/W
FLUX THERMIQUE Φ
344 W
PERTES EN 24H
8.26 kWh
COÛT ESTIMÉ/JOUR
2.07 €/jour
Défi Mode Masqué (Auto-Évaluation)
Observez le profil de température du mur et les épaisseurs, puis calculez le flux thermique :
Réglages de la Paroi
Épaisseur de l'isolant :
12 cm
Température Intérieure $T_{int}$ :
20 °C
Température Extérieure $T_{ext}$ :
-5 °C
Bilan Énergétique Calculé
Écart $\Delta T = T_{int} - T_{ext}$ :
25 °C
Surface testée $S$ :
50 m²
Résistance parpaing $R_2$ :
0.17 m²K/W
Module Expérimental Hybride (Réel & Virtuel) • Propulsé par Labo Maths Sciences