Sujet STI2D — Terminale — Métropole — Bac 2021

Exercice 1 (5 points) Partie I - Étude thermique du four Document 1 Un four industriel utilisé pour la fabrication de poteries en céramique est assimilé à un parallélépipède dont les caractéristiques sont les suivantes :  la température intérieure du four est de 850°C lors de la cuisson et celle de la pièce est d’environ 20°C ;  les parois du four sont constituées de 3 couches d’épaisseurs et de matériaux différents. Les caractéristiques des trois couches ,  et  sont synthétisées dans le tableau suivant : Conductivité thermique moyenne Épaisseur Surface Matériaux  (W.m-1.°C-1) e (mm) S (m2) Réfractaires lourds  1,25 75 0,371 Fibreux  0,20 20 0,654 Isolants réfractaires  0,13 10 0,710 Source : Rappel : La résistance thermique d’un matériau homogène est donnée par la relation : 𝐞 𝐑 = 𝐭𝐡 ×𝐒 Le flux thermique  (en W) est donné par la relation : ∆𝐓 𝝋 = avec ΔT différence de température. 𝐑𝐭𝐡 1. Par analyse dimensionnelle, déterminer l’unité de la résistance thermique. 2. Calculer les résistances thermiques R 1 , R 2 et R 3 des couches ➀, ➁ et ➂ de la paroi composite. 3. En déduire la résistance thermique R totale de la paroi. th 4. Calculer la valeur du flux thermique φ traversant la paroi. 5. Sachant que le four est capable de produire par effet Joule une puissance thermique 𝑃 𝑡ℎ de 6 000 W pendant la montée en température, commenter la valeur du flux thermique perdu à travers les parois durant cette phase. Partie II - Étude d’un panneau solaire Document 2 Pour alimenter ce four en utilisant uniquement une énergie renouvelable, il est envisagé d’acheter des panneaux photovoltaïques possédant les caractéristiques suivantes : Les différents types de technologies photovoltaïques Plus de 90 % des capteurs vendus dans le monde sont principalement composés de silicium. Ce matériau semi-conducteur a l’avantage de pouvoir être produit à partir d’une ressource naturelle quasi inépuisable : le quartz, un composant des granites, des sables et des grès. Cette technologie a de nombreux atouts : sa robustesse, une durée de vie importante et des performances avec des rendements intéressants. Le capteur photovoltaïque monocristallin Un capteur photovoltaïque monocristallin est fabriqué à partir d'un bloc de silicium pur, formé d'un seul cristal. Ce procédé (35 % du marché) est coûteux, mais permet d'obtenir les cellules qui ont le meilleur rendement du marché : 18-20