1sti2D_TP_protection contre le chaud et le froid.odt Isabelle Monge – Lycée du Rempart 09/10/11
Travaux pratiques : Protection contre le chaud et le froid
Atelier 1
Vous avez à votre disposition 4 canettes de boisson recouvertes de revêtements différents suivant les postes ( tissu matelassé, tee-shirt, jean, polaire, pull acrylique, jogging, emballage de protection à bulles).
On remplit ces canettes de 250 mL d'eau chauffée à une température voisine de celle du corps humain (37°C).
Pour chacune de ces canettes, introduisez rapidement le thermomètre numérique et relevez, toutes les 30 secondes la température (pendant 15 minutes ).
Tracez pour chaque canette, sur un même graphique, la courbe indiquant l'évolution de la température de l'eau dans les canettes en fonction du temps. Utilisez pour cela le tableur d'open office.
Analyse :
1) A partir des courbes tracées, classez ces différents vêtements en fonction de leur capacité à résister le mieux à la perte de chaleur de la canette.
2) D'après vos résultats et vos observations, quelles sont les caractéristiques des vêtements qui protègent du froid ?
Atelier 2
Fixez grâce à la pince à linge, sur l'écran en contreplaqué, le thermomètre numérique recouvert successivement par : un carton blanc, un morceau de couverture de survie, puis un carton noir.
Placez devant ces revêtements, à une distance de 10 cm, une lampe de bureau de 40 W.
Allumez la lampe et relevez pendant 10 minutes, la température, avec un intervalle de temps entre chaque mesure de 30 secondes.
Tracez pour revêtement, sur un même graphique, la courbe indiquant l'évolution de la température en fonction du temps. Utilisez pour cela le tableur d'open office.
Analyse :
1) A partir des courbes tracées, classez ces différents revêtements en fonction de leur capacité à protéger le corps contre la chaleur due au rayonnement solaire.
2) Proposez une interprétation.
Atelier 3
On dispose de la notice d'une couverture de survie :
« Couverture de survie isothermique en polyester métallisé imperméable pour la protection du corps humain contre le froid, la chaleur, la pluie, l'humidité et le vent.
Caractéristiques de la Couverture de survie isothermique :
• Epaisseur : 1.2µm.
• Matière : Polyester métallisé, très résistant, imperméable.
• 1 face dorée et 1 face argentée. Non stérile. Sans latex.
• Dimensions : 220 x 140 cm
• Réfléchi 90% du rayonnement infrarouge.
• Côté doré à l'extérieur : protège de l'humidité, du froid et des intempéries
• Côté argenté à l'extérieur : protège de la chaleur et de l'insolation
• Résistance température : maximum +40°C et minimum -10°C
• Poids : 60 g
• Conditionnement : sachet individuel »
On souhaite vérifier l'efficacité d'une telle couverture de survie. Pour simuler le corps humain chaud, on utilisera une canette remplie de 250 mL d'eau à 37°C recouverte d'un tissu de coton.
On prélèvera la température toutes les 30 secondes pendant une durée de 15 minutes de la canette sans puis avec couverture de survie.
Tracez sur le même graphique la courbe indiquant l'évolution de la température en fonction du temps.
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Analyse
1) Déterminez la durée pour laquelle la température de la canette passe de 37°C à 35°C, sans couverture de survie et avec couverture de survie.
2) Quel gain de temps procure la couverture de survie ? Son efficacité est-elle prouvée ? Atelier 4
On se propose de voir si tous les matériaux ont la même capacité d'isolation thermique. Pour cela on dispose d'une lampe de 100W qui fournira l'énergie thermique que l'on placera à environ 4 cm successivement d'une plaque de contreplaqué, d'une plaque de plexiglas, d'une plaque de carton et d'une plaque de polystyrène, d'épaisseurs équivalentes.
Placez derrière la plaque le thermomètre numérique et relevez toutes les 30 secondes, pendant 10 minutes, la température derrière la plaque.
Tracez sur le même graphique la courbe indiquant l'évolution de la température en fonction du temps de chacune des plaques.
Analyse
1) Classez ces 4 matériaux du meilleur isolant thermique au moins bon.
2) A tout matériau, on associe une grandeur physique caractéristique λ appelée conductivité thermique du matériau en W.m-1.°C-1. Pour les matériaux utilisés, on a :
plexiglas polystyrène contreplaqué carton
λ en W.m-1.°C-1 0,2 0,04 0,11 0,07
En fonction de vos résultats expérimentaux, un matériau bon isolant thermique doit-il avoir une conductivité thermique faible ou élevée ?
Atelier 5
1 ère expérience : Vous disposez d'une boîte métallique remplie d'eau bouillante dans laquelle trempent des lames de cuivre, de fer, de zinc et d'aluminium. On a recouvert les extrémités extérieures de ces lames de paraffine.
Qu'observez-vous ?
2 ème expérience : Placez quelques cristaux de permanganate de potassium dans un bécher d'eau froide, et faites chauffer le bécher. Qu'observez-vous ?
Analyse
Un transfert thermique dans la matière peut s'effectuer de 3 façons :
– par conduction, sans déplacement de matière,
– par convection, avec déplacement de matière,
– par rayonnement.
–
Quelle est l'expérience qui illustre la conduction thermique ? La convection thermique ? On donne la conductivité thermique des matériaux utilisés dans l'expérience 1 :
cuivre aluminium zinc fer
λ en W.m-1.°C-1 390 237 116 80
Est-ce que vos observations lors de l'expérience 1 peuvent s'expliquer avec ces données ? Pourquoi utilise-t-on des casseroles en cuivre ou en aluminium ?
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