Comparaison de la conduction et de la convection

LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné : TS obligatoire
Partie du programme : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre
PLACE DANS LA PROGRESSION
Ce TP fait suite à l’étude du gradient géothermique et de l’origine de ce flux thermique.
PROBLEME A RESOUDRE
Montrer que le transfert de chaleur par convection est plus efficace que par conduction.
NOTIONS, COMPETENCES
Notions - Deux mécanismes de transfert de chaleur : convection et conduction
- Le transfert par convection est plus efficace
Compétences - Elaborer un protocole expérimental à partir d’une liste de matériel
- Mettre en œuvre le protocole
- Présenter les résultats (tableau, graphique ou autre…)
- Critique des limites du modèle analogique
ACTIVITE
Durée : 2hCoût : 350 euros pour les thermomètres, 5 à 10 euros sinonSécurité : manipulation d’une source de chaleur
  • Matériel et ressources :
    • Béchers ;
    • bec électrique ;
    • 2 thermomètres (possibilité d’utiliser l’EXAO) ;
    • supports ; encre ; flocons de purée ;
    • agitateur ;
    • tableur ;
    • eau.



  • Déroulement de l’activité :



  • A demander ensuite :
    • Elaborer un protocole expérimental à partir d’une liste de matériel
    • Mettre en œuvre le protocole
    • Présenter les résultats (tableau, graphique ou autre…)
    • Critique des limites du modèle analogique
COMMUNICATION DES RESULTATS, OBSERVATIONS, RECHERCHES
Tableau et/ou graphique

Résultats attendus :
- un protocole qui réponde aux différents aspects du problème : montrer à l’aide d’un protocole élaboré à partir de la liste de matériel fourni (voir fiche TP) qu’il existe un transfert de chaleur qui se fait de proche en proche, sans déplacement de matière (= conduction) et que cette conduction est moins efficace que la convection.
- pour le " sans déplacement de matière ", l’élève peut penser à fabriquer de la purée épaisse
- pour le " de proche en proche ", l’élève peut montrer à la fin des mesures qu’il existe un gradient de température en enfonçant de cm en cm la sonde dans la purée, de la surface vers le fond et en notant les valeurs.
- pour le " sans déplacement de matière ", l’élève peut faire 2 couches de purée de même densité mais colorer la couche inférieure avec l’encre : les purées ne se mélangent pas (comparaison avec la conduction montrée avant le TP)
- pour le" moins efficace que la convection ", il peut comparer ses résultats avec ceux obtenus dans le manuel (exemple Nathan p 229).

Exemple de résultats obtenus :


EVALUATIONS POSSIBLES
Evaluation de la qualité et la rigueur du protocole (témoin, variable, durée….), la réalisation, la communication.
COMMENTAIRES
On peut envisager de :
-  Montrer au bureau ou dans une vidéo, un modèle de convection (convection = transfert de chaleur par transfert de matière)
-  Donner une définition de conduction (transfert de chaleur point par point)
-  A partir de la liste de matériel fournie, élaborer un protocole modélisant la conduction et montrer par des mesures qu’il y a transfert de chaleur sans transfert de matière.
-  Exemples de résultats voir ci-dessus
-  Présenter les résultats à l’aide d’un tableur.
-  Analyser les courbes dans un manuel (exemple NATHAN p 229)

Rq : Le coût de 350 euros correspond à l’achat de thermomètres si le labo n’en possède pas suffisamment la première fois.

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