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La
disparition des ampoules à incandescence s’explique par le très mauvais
rendement de cette technologie (de l’ordre de 5 %). Ces ampoules ont
une température de filament d’environ 2850 K.
A
quel type d’énergie correspond les 5% du rendement ?
5 % correspond à la conversion d'énergie électrique en énergie
lumineuse ( partie visible du spectre ).
Pourquoi
les ampoules à incandescence ont un rendement si médiocre ?
Utiliser la loi de Wien λmax T = A avec A =
2,898 10 -3 K.m-1 pour
justifier votre réponse.
lmax
= 2,898 10-3 / 2850 = 1,02 10-6
m = 1,02 µm. ( infrarouge).
Le rayonnement se situe principalement dans l'infrarouge.
Un cuisinier, travaillant dans un restaurant dans une station de ski à
2000 m d’altitude, souhaite connaître la température
d’ébullition de l’eau afin d’adapter le temps de cuisson des aliments.
La
relation entre pression saturante de l’eau (en bar) et la température
(en Kelvin) est donné par la formule de Rankine : ln (ps)
= 13,7 – 5120 / T.
Déterminer
la température d’ébullition de l’eau dans ce restaurant.
A 2000 m, le graphe donne ps = 800 hPa = 8,00 104
Pa = 0,80 bar
ln ps = ln 0,80 = - 0,223 ; 5120 / T = 13,7 +
0,223 = 13,92 ; T = 5120 / 13,92 = 368 K ou 368-273 = 95 °C.
• Le GPL est un mélange d’hydrocarbure léger, principalement constitué
de propane et de butane. Il est utilisé comme carburant alternatif au
diesel. Pour simplifier les calculs, on assimilera le GPL au butane (C4H10).
Données : masse volumique du butane dans les conditions de la réaction
: ρB= 585 kg.m-3.
Ecrire
la réaction de combustion complète du butane.
C4H8(g) + 6O2(g)--->
4 CO2(g) + 4H2O (g).
Un véhicule consomme un volume VB = 6,5 litres
de butane pour 100 km parcourus.
Calculer
le nombre de moles de butane consommées pour 100 km parcourus.
M(butane) = 4*12+10 = 58 g/mol ; m = VB rB
=6,5 10-3 *585 = 3,80 kg =3,80 103
g.
n(butane) = m/M = 3,80 103 / 58 = 65,56 ~66 mol.
En
déduire la masse de dioxyde de carbone produite.
n(CO2)=4 n(butane) = 4*65,56 = 262,2 mol.
m(CO2) = M(CO2 ) n(CO2)
= 44 *262,2 =11,5 kg pour 100 km ou 115 g par km parcouru.
Quelle
est la classe énergétique de ce véhicule ? Classe B.
Emission de CO2 inférieure à 100g/km : classe A
Emission de CO2 de 101g/km à 120 g/km : classe B
Emission de CO2 de 121g/km à 140 g/km : classe C
Emission de CO2 de 141g/km à 160 g/km : classe D
Emission de CO2 de 161g/km à 200 g/km : classe E
Emission de CO2 de 201g/km à 250 g/km : classe F
Emission de CO2 supérieure à 251 g/km : classe G.
Quel
matériau est apte à constituer une anode de protection contre la
rouille destinée aux coques de navires ou aux ballons d’eau chaudes
? (Plusieurs réponses possibles)
Magnésium, zinc, aluminium.
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Un
installateur décide d’utiliser le panneau solaire 185 W NU-185 (E1)
dont les caractéristiques électriques et mécaniques sont détaillées
ci-dessous.
Dimension de la cellule : 156,5 mm2 ; nombre de
cellules et type de connexion : 48 montées en série.
Dimensions du panneau solaire : 1318 x 994 x 46 ( en mm) ; poids : 16
kg ; résistance mécanique maximale 2400 N mm-2.
Précisez
les natures des énergies absorbées et utiles pour un panneau
photovoltaïque.
Un panneau photovoltaïque convertit l'énergie lumineuse en énergie
électrique.
On cherche à déterminer les caractéristiques du panneau pour un flux
lumineux de 1000 W.m-2.
Calculer
:
• la puissance maximale délivrée par le panneau photovoltaïque Pm,
Le graphe indique Pm = 180 W.
• la tension au point de puissance maximale Vmpp.
Le graphe indique Vmpp
= 24 V.
• l’intensité du courant au point de
puissance maximale Impp.
Le graphe indique Impp
= 7,6 A.
Calculer
le rendement du panneau photovoltaïque η.
Puissance lumineuse reçue : surface *1000 = 1,318*0,994*1000 =1,319 103
W.
Puissance électrique maximale fournie : Vmpp Impp
=24*7,6 ~180 W.
Rendement = 180 / 1310 =0,137 ( 13,7 %).
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Donner la
tension à vide U0 et le
courant de court-circuit ICC du
panneau photovoltaïque.
Calculer
la puissance électrique P(10 Ω) fournie par le panneau lorsqu’il est
connecté à une résistance R = 10 Ω.
P = U2mpp / R = 242/10
= 57,6 ~58 W.
Pour
quelle valeur de résistance R*, la puissance fournie serait-elle
maximale ?
R* =U2mpp
/ Pm =242/180=3,2 ohms.
Combien le
panneau comporte-t-il de cellules ?
48 cellules.
Quelle
est la tension électrique U aux bornes d’une cellule lorsque le panneau
solaire fournit la puissance maximale ?
Les cellules sont en série ; les tensions s'ajoutent : Umpp
/ 48 = 24 / 48 = 0,50 V.
Quelle
est alors la valeur de l’intensité I traversant cette cellule
?
I = Pm / Umpp = 180 / 24
= 7,5 A.
L’installation photovoltaïque est dimensionnée pour produire 9 kWc (le
kilo Watt crête (kWc) est une unité de mesure de la puissance produite
par un panneau lorsque le flux lumineux est de 1000 W.m-2).
On estime le rendement global de l’installation à ηg
= 10 % en tenant compte du rendement des panneaux mais aussi de
l’orientation des cellules, des pertes électriques …
Quelle
surface de panneau doit-on installer pour produire 9 kWc ?
9 / 0,180 = 50 panneaux ; surface d'un panneau : 1,318*0,994 = 1,31 m2
; 50*1,31 = 65,5 ~66 m2.
Dans une région où l’irradiation solaire est de 1200 kW/m²/an, quel est
le revenu annuel de cette installation dans le cas où le prix d’achat
est de 0,35 € / kWh ?
Puissance solaire : 1200 *66 =7,92 104
kW/an; puissance électrique 7,92 104
/ rendement global = 7,92 103 kW/an.
Revenu : 7,92 103*0,35 =2772 ~2,8 103
€.
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