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TP 25 : Transferts thermiques
Correction
Problématique : La plaque de polystyrène expansée est-elle un bon isolant thermique ?
Résultats expérimentaux
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Variation de température du polystyrène avec une plaque de cuivre et une plaque de fer chauffées.
On observe dans les deux cas une différence de températures identiques.
T (Fer-Polystyrène) = 28,10 – 20,80 = 8,70 °C
T (Cuivre-Polystyrène) = 29,10 – 20,80 = 8,30 °C
Représentation graphique de l’évolution des températures lors des deux expériences.
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Documents de Physique-Chimie – M. MORIN
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Détermination des grandeurs thermiques
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La conductivité thermique (W.m .K ) du polystyrène est fournie dans le document 3.
 (polystyrène expansé) = 0,036 W.m-1.K-1
-3
L’épaisseur entre le thermomètre et la plaque métallique est égale à e = 0,50 cm = 5,0 × 10 m
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La surface d’échange est égale à S = 2,0 × 8,0 = 16,0 cm = 16,0 × 10 m
Détermination de la résistance thermique du polystyrène expansé RTh =
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87 K.W .
A partir de la valeur de la résistance thermique, on peut calculer le flux thermique ou puissance
thermique mis en évidence dans cette expérience.

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0,029 W
Analyse argumentée
Le flux thermique déterminé ci-dessus est faible, ce qui confirme que le polystyrène expansé est un bon isolant.
Analyse critique : On pourrait effectuer une autre expérience avec un autre matériau que le polystyrène expansé
afin de comparer leurs caractères isolants respectifs.
Les échanges thermiques ont lieu par conduction entre le métal chauffé et le polystyrène expansé.
On constate une légère différence de température identique du polystyrène expansé pour deux métaux différents.
Le cuivre semble transmettre plus facilement sa chaleur au polystyrène expansé que le fer.
Analyse critique : La différence de température est seulement de 0,7 °C, ce qui correspond à 8 % de la valeur
maximale. On pourrait mettre en commun l’ensemble des résultats des différents groupes afin confirmer cette
constatation.
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La résistance thermique du polystyrène expansé 87 K.W est plus faible que celle de l’air (RTh = 228 K.W ).
On peut en conclure que l’énergie thermique des métaux s’échange essentiellement avec le polystyrène expansé.
Analyse critique : Peut-on négliger les échanges thermiques avec l’air ? On pourrait imaginer réaliser cette
expérience dans un compartiment étanche utilisant des matériaux très isolants afin de minimiser les échanges
thermiques autres que ceux avec le polystyrène expansé.
Évaluation par compétences
Les échanges thermiques des métaux avec le polystyrène expansé avec l’air s’effectuent par conduction.
Compétences
évaluées
S’approprier
Réaliser
Analyser
Communiquer
Indicateurs de réussite
A
B
C
Savoir utiliser les relations appropriées entre les grandeurs mesurées.
Savoir établir un tableau de mesures adaptées à la problématique.
Savoir tracer un graphique permettant de mettre en évidence les variations
de température.
Savoir extraire les informations des tableaux de mesures afin de montrer
que le polystyrène est un bon isolant.
Avoir un regard critique sur les résultats et proposer des solutions
alternatives.
Rédiger de manière organisée et rigoureuse.
Note (en point entier)
Documents de Physique-Chimie – M. MORIN
/ 12 points
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