Bac Physique-Chimie · Amérique du Sud 2025 · Jour 2 · Réf. 25-PYCJ2AS1

Exercice 2 — Chauffe-eau thermodynamique d'un chalet

Énergie interne, flux thermique, premier principe, PAC et panneaux photovoltaïques, puis niveau sonore.
6 points · 10 questions · Exercice 2 / 3

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Exercice 2 — Chauffe-eau thermodynamique d'un chalet (6 points)

Un chalet en montagne : panneaux photovoltaïques + stockage + chauffe-eau thermodynamique (pompe à chaleur air-eau). On étudie (1) la production d'eau chaude et l'installation électrique, (2) le niveau sonore. Parties indépendantes.

Partie 1 — Production d'eau chaude

Ballon de 200 L chauffé une fois par jour de θ₁ = 15 °C à θ₂ = 55 °C.

Données : c_eau = 4,18 kJ·K⁻¹·kg⁻¹ ; ρ_eau = 1,00 kg·L⁻¹ ; flux Φ = (θ_A − θ_B)/R_th ; 1 W·h = 3600 J. Garage à θ_air = 18 °C ; R_th(ballon) = 0,47 °C·W⁻¹.

PAC : coefficient de performance COP = |Q_utile|/E_élec = 3,2. Panneaux : 10 panneaux, P_élec = 300 W chacun, ensoleillement 5 h/jour. Consommation quotidienne du chalet = 8 kW·h + énergie de la PAC.

Q1. ΔU de l'eau (15→55 °C). Q2. Mode et sens du transfert thermique. Q3. Flux Φ à travers la paroi. Q4. Montrer Q₁ = 6,8×10³ kJ (pertes/jour). Q5. Exprimer Q₂ (premier principe) en fonction de ΔU et Q₁. Q6. Montrer Q₂ ≈ 11 kW·h. Q7. Énergie électrique E_PAC. Q8. Énergie des panneaux ; installation suffisante ?

Partie 2 — Étude sonore

À d₁ = 0,10 m : L₁ = 70 dB. Chambre à d₂ = 5,00 m ; seuil conseillé chambre : 30 dB. Isolation phonique du garage : atténuation 25 dB.

Données : I₀ = 1,0×10⁻¹² W·m⁻² ; atténuation géométrique I = P/(4·π·d²).

Q9. Type d'atténuation de l'isolation phonique. Q10. Les vacanciers (d₂ = 5,00 m) seront-ils gênés ?
📖Le contexte (énoncé)
📋 ÉNONCÉ (mot pour mot)
On étudie le chauffe-eau thermodynamiquePompe à chaleur (PAC) air-eau : prélève l'énergie de l'air pour chauffer l'eau d'un ballon de 200 L. COP = 3,2. d'un chalet : d'abord l'énergie nécessaire pour chauffer l'eau (énergie interne, flux thermique, premier principe) et l'installation photovoltaïque, puis le niveau sonore perçu dans une chambre.
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