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Etude d’un ouvrage 21-Electrothermie – Eclairagisme 2797 T 21 -X 1 Chapitre 21

Etude d’un ouvrage 21-Electrothermie – Eclairagisme 2797 T 21 -X 1 Chapitre 21 : S2-2 : Electrothermie. S2-3 : Eclairagisme. SOMMAIRE ELECTROTHERMIE 1-NOTIONS DE CHALEUR 3 1-1-Définition de la chaleur 3 1-2-Unités de chaleur 3 1-3-Transfert de chaleur 4 1-4-Transmission de la chaleur par conduction 4 1-5- Transmission de la chaleur par rayonnement 5 1-6- Transmission de la chaleur par convection 6 1-7-Simultanéité des modes de transmission 7 2-ELECTROTHERMIE 8 2-1-Chauffage par résistance 8 2-2-Chauffage par rayonnement 8 2-3-Chauffage par induction 9 2-4-Chauffage par diélectrique 9 2-5-Chauffage par arc électrique 9 2-6-Récapitulatif et utilisation des procédés 10 3-APPLLCATIONS AU CHAUFFAGE D’UNE MAISON 11 3-1-Rappels 11 3-2-Concernant la conduction… 11 3-3-Concernant la convection et le rayonnement 12 3-4-Coefficient U bât 13 3-4-1-Détermination du coefficient de déperdition à travers les parois vers l’extérieur 14 3-4-2-Détermination du coefficient de déperdition à travers les parois vers le sol 14 3-4-3-Détermination du coefficient de déperdition à travers les parois vers les locaux non chauffés 14 4-Détermination de l’isolation 15 5-Ventilation des locaux 16 6-Détermination de la puissance des radiateurs 17 7-1-Présentation du projet 17 7-2-Plan de la maison 18 7-3-Calcul des différents coefficients thermiques 19 7-4-Calcul des déperditions de la chambre 3 19 7-5-Calcul de la puissance chauffage pour la chambre 3 20 7-6-Calcul de la puissance chauffage pour la salle de bains 20 7-7-Calcul de la puissance chauffage pour la cuisine 20 TRAVAIL PERSONNEL 21 AUTOCORRECTION 22 Etude d’un ouvrage 21-Electrothermie – Eclairagisme 2797 T 21 -X 2 ECLAIRAGISME 1-NOTIONS D’ECLAIRAGISME 23 1-1-Définition de la lumière 23 1-2-Photométrie 24 1-3-Couleur de la lumière et indice de rendu des couleurs 26 1-3-1-Température en degré Kelvin 26 1-4-Flux lumineux 26 1-5-Eclairement 28 1-6-Intensité lumineuse 30 1-7-Puissance 30 1-8-Efficacité lumineuse 31 1-9-Lumière et distance 31 1-10-Luminance des matériaux 31 1-11-Durée de vie 31 2-PRODUCTION DE LA LUMIERE 33 2-1-Lampes à incandescence 33 2-2-Lampes halogènes 33 2-3-Lampes fluorescentes 34 2-4-Comparaison des 3 procédés 35 TRAVAIL PERSONNEL 36 AUTOCORRECTION 44 Etude d’un ouvrage 21-Electrothermie – Eclairagisme 2797 T 21 -X 3 S 2 – 2 : ELECTROTHERMIE. 1-NOTIONS DE CHALEUR : 1-1-Définition de la chaleur : Chaleur, en physique, forme d'énergie échangée entre deux corps. Ce transfert s'effectue sous forme d'énergie mécanique microscopique, correspondant au degré d'agitation des molécules. Ainsi, lorsqu'un corps reçoit de la chaleur, l'agitation de ses molécules a tendance à s'intensifier, ce qui se traduit la plupart du temps par une augmentation de la température de ce corps. Cependant, un apport de chaleur peut également provoquer un changement d'état : si on chauffe un glaçon , il fond progressivement tout en restant à 0°C. Entre deux corps, la chaleur se propage spontanément du corps ayant la température la plus élevée vers celui ayant la température la plus basse, élevant donc généralement la température de ce dernier, tout en abaissant la température du premier. La chaleur ne se propage d'un corps froid vers un corps chaud qu'à condition de fournir un travail. 1-2-Unités de chaleur : En physique, la chaleur s'exprime en joules (symbole J) puisque c'est une forme d'énergie, tout comme le travail. Toutefois, on utilise également la calorie (symbole Ca), définie comme étant la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°C la température de 1 g d'eau à 15°C sous une pression de 1 atmosphère. On a l'équivalence 1 Ca= 4,1855 J. TRANSFORMER l’énergie électrique en énergie calorifique Energie électrique Energie calorifique Etude d’un ouvrage 21-Electrothermie – Eclairagisme 2797 T 21 -X 4 1-3-Transfert de chaleur : Il existe trois modes de transfert de chaleur : la conduction, le rayonnement et la convection. La conduction implique un contact physique entre les corps ou les parties des corps échangeant de la chaleur, alors que le rayonnement ne nécessite ni contact ni présence d'aucune matière entre les deux corps. La convection se produit lorsqu'un liquide ou un gaz est en contact avec une source plus chaude; il se produit alors un mouvement d'ensemble des molécules du fluide transportant la chaleur vers les zones plus froides. 1-4-Transmission de la chaleur par conduction : Le barreau métallique, dont une extrémité est exposée à une flamme, s'échauffe progressivement. La chaleur chemine de proche en proche à l'intérieur du métal. De la même manière, le fer à repasser échauffe le linge avec lequel il est en contact. Le bac à glace du réfrigérateur se refroidit, puis gèle par contact avec la paroi froide de l'évaporateur. Tous les corps ne propagent pas la chaleur de la même manière: • Ceux qui la propagent de manière importante sont appelés bons conducteurs (exemple : les métaux) On les utilisent lorsqu'on souhaite favoriser la transmission de la chaleur. • Ceux qui la propagent peu sont appelés isolants (exemples : liège, mousses obtenues à partir des matières plastiques telles que le polystyrène). On les utilise pour freiner la transmission de la chaleur. Etude d’un ouvrage 21-Electrothermie – Eclairagisme 2797 T 21 -X 5 1-5-Transmission de la chaleur par rayonnement : Le soleil chauffe la terre; De même le radiateur à rayons infrarouges (voir figures ci dessous) ou la lampe incan- descente chauffent un objet placé à proximité. Dans ces deux exemples, les rayons calorifiques ( qui produisent de la chaleur) se sont propagés de la source de chaleur à température élevée vers des objets plus froids. Ce mode de transmission présente la particularité de s'exercer sans support matériel, puisque le rayonnement solaire nous parvient après avoir traversé le vide de l'espace interplanétaire. Sur terre, la présence d'air, de brume ou de brouillard réduit l'intensité de ce rayonnement, la part manquante ayant été absorbée ou réfléchie. Rayonnement solaire. La température du toit est supérieure à celle de l'air ambiant. Radiateur à rayons infrarouges (émetteur de chaleur). La température de l'objet est supérieure à celle de l'ambiance. Etude d’un ouvrage 21-Electrothermie – Eclairagisme 2797 T 21 -X 6 Le rayonnement est interrompu lorsqu'un écran est interposé entre la source chaude et l'objet récepteur; l'écran chauffe à son tour, tandis que l'objet se refroidit. Dans ces trois exemples , la source du rayonnement calorifique a une température très élevée: - plusieurs milliers de degrés à la surface du soleil - près de mille degrés pour le tube radiant. Le rayonnement émis par ces sources est très important. Portés à des températures plus modestes, les corps physiques émettent aussi de la chaleur par rayonnement. Celui-ci est en revanche plus faible. Ainsi, un radiateur à eau chaude et un panneau radiant électrique, dont la température de surface n'est que de 60 0C à 90 0C, émettent par rayonnement une part importante de leur énergie calorifique. 1-6-Transmission de la chaleur par convection : La densité des liquides et des gaz diminue lorsqu'on les échauffe. Dans le récipient, le fond chauffe au contact de la flamme, puis l'eau chauffe à son tour. Étant devenue plus légère, elle s'élève et est remplacée par l'eau plus froide, un courant s'établit. Etude d’un ouvrage 21-Electrothermie – Eclairagisme 2797 T 21 -X 7 1-7-Simultanéité des modes de transmission : L'étude des échanges de chaleur d'un local avec l'extérieur ou d'un appareil émetteur avec une ambiance montre que les trois modes de transmission s'exercent le plus souvent simultanément, comme l'illustre l'exemple suivant: Dans le dessin ci-dessus, le mur du local est exposé au rayonnement solaire : sa température extérieure s'élève donc du fait de cet apport de chaleur dont une partie est rejetée par le mouvement de convection de l'air et par rayonnement. La fraction restante se transmet dans l'épaisseur de la paroi par conduction. Elle pénètre ensuite dans le local et le chauffe par rayonnement et convection. Dans un local chauffé par un radiateur, l'air s'élève au contact de ce dernier, car sa température a augmenté de l'air plus froid vient le remplacer, il s'établit un courant de convection. La chaleur cédée par le radiateur est véhiculée vers les zones plus froides. Etude d’un ouvrage 21-Electrothermie – Eclairagisme 2797 T 21 -X 8 2-ELECTROTHERMIE: l’électrothermie consiste à produire de la chaleur en utilisant l’énergie électrique (transformation de l’énergie électrique en énergie calorifique). Divers procédés sont utilisés en domestique, tertiaire ou industriel pour chauffer les locaux, préparer les repas, assurer le confort ou dans des applications industrielles. • Chauffage par résistance. • Chauffage par rayonnement. • Chauffage par induction. • Chauffage par diélectrique. • Chauffage par arc électrique. 2-1-Chauffage par résistance : Les utilisations sont très nombreuses aussi bien en domestique (plaque de cuisson, fours, chauffe-eau, sèche cheveux,….) qu’en industriel (chauffage industriel, fours, étuves, thermoplongeurs,…) . 2-2-Chauffage par rayonnement : Les applications industrielles du chauffage par infrarouge sont nombreuses : cuisson des peintures, séchage d’émail, préchauffage des plastiques, séchage des panneaux de bois, vulcanisation, etc… On les utilise aussi, dans l’élevage des poussins, le chauffage des grandes locaux ou en domestique pour la salle de bains (radiateur parabolique). U R I C’est une application de la loi de Joule : une résistance parcourue par un courant produit de la chaleur : P = R x I2 On distingue : • Le chauffage direct où la matière à chauffer constitue elle- même la résistance R (exemple : soudure uploads/Litterature/ chapitre-21-electrothermie-eclairagisme.pdf