Physique Chimie Hourdequin
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TP3 : Énergie solaire thermique

lundi 29 octobre 2012, par Emmanuel HOURDEQUIN

I) Expérience

Vous disposez de 3 canettes

- 1 canette recouverte d’aluminium

- 1 canette recouverte de papier noir

- 1 canette peinte en noir

Vous pèserez 200g d’eau dans chaque canette à l’aide de la balance et vous chaufferez l’eau en mettant la canette à 25 cm d’un spot halogène 400W pendant 10 minutes. Relevez la température chaque minute afin de l’inscrire dans un tableau de masure puis de tracer la courbe température en fonction du temps pour chacune des canettes.

II) Tableau de mesure

t(min) alu θ1(°C) papier noir θ2(°C) peinture noire θ3(°C)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

III) Courbes sur feuilles millimétrées

Bien choisir l’échelle de façon à avoir la courbe la plus grande possible tout en ayant une échelle simple. Vous pouvez partir de θ = 19°C plutôt que 0°C pour l’axe des ordonnées.

Dessinez sur la même feuille θ1(°C), θ2(°C) et θ3(°C) en fonction du temps afin de les comparer.

Déterminez l’équation des droites passant le plus près possible de tous les points expérimentaux (ordonnée à l’origine et coefficient directeur)

a=Δy/Δx

IV) Conclusion du TP

- Dans quel(s) cas le chauffage est-il le plus efficace ? Pourquoi ?

- Peut-on encore améliorer le système de chauffage ? Si oui, comment ?

- Proposez une solution (du type chauffe-eau solaire) et réalisez l’expérience correspondante (voir avec le professeur pour obtenir le matériel nécessaire)/

V) Quelques calculs

1) Relation fondamentale de la calorimétrie Q=mcΔθ. Calculez la quantité de chaleur reçue par l’eau de chacune des canettes. c = 4185 J.kg-1.K-1

m : masse d’eau en kg

Δθ : variation de température de l’eau en °C (ou K)

2) Puissance = énergie / temps

Calculez la puissance thermique reçue par l’eau de chacune des canettes (Q en joules et t en secondes)

3) Puissance rayonnante reçue à 25 cm de l’halogène à mesurer au solarimètre (on trouve environ 2500 W/m2). Calculez la surface de la canette perpendiculaire au flux lumineux S=hd après avoir mesuré la hauteur et le diamètre de la canette. Faites un produit en croix pour trouver la puissance rayonnante reçue par la canette.

4) Rendement du système de chauffage.

η = Pthermique/Prayonnante

- Calculez le rendement pour chacune des canettes.

- Conclusion ?

- Comparaison avec le panneau solaire photovoltaïque du TP1 ?

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