Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Transferts thermiques
Conduction, convection, rayonnement : comprendre les échanges d'énergie thermique (thème Énergie, lycée 2nde)
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Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !
Les 38 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile — 12 questions
L'énergie thermique se transfère spontanément…
- A. Du froid vers le chaud
- B. Du chaud vers le froid
- C. Dans les deux sens
- D. Uniquement par contact
Réponse
B. Du chaud vers le froid — Par convention thermodynamique, l'énergie thermique va spontanément du corps chaud vers le corps froid.
Combien y a-t-il de modes de transferts thermiques ?
- A. 1
- B. 2
- C. 3
- D. 4
Réponse
C. 3 — Les trois modes sont : conduction, convection et rayonnement.
La conduction thermique nécessite…
- A. Un fluide en mouvement
- B. Le vide
- C. Un contact entre corps ou un solide
- D. Uniquement des ondes
Réponse
C. Un contact entre corps ou un solide — La conduction nécessite un contact entre corps ou se produit dans un solide (transmission par agitation atomique).
Le Soleil chauffe la Terre par…
- A. Conduction
- B. Convection
- C. Rayonnement
- D. Conduction et convection
Réponse
C. Rayonnement — Le vide spatial ne permet ni conduction ni convection ; seul le rayonnement électromagnétique peut traverser le vide.
Un bon isolant thermique a une conductivité thermique λ…
- A. Élevée
- B. Faible
- C. Nulle
- D. Négative
Réponse
B. Faible — Plus λ est faible, moins le matériau conduit la chaleur, donc meilleur est l'isolant.
La convection thermique est un transfert par…
- A. Agitation atomique sans mouvement de matière
- B. Déplacement de matière (fluide)
- C. Ondes électromagnétiques
- D. Contact solide uniquement
Réponse
B. Déplacement de matière (fluide) — La convection implique le déplacement physique de la matière fluide (liquide ou gaz).
Lequel de ces matériaux est le meilleur conducteur thermique ?
- A. Bois
- B. Air
- C. Cuivre
- D. Laine de verre
Réponse
C. Cuivre — Le cuivre a λ ≈ 385 W·m⁻¹·K⁻¹, très supérieur aux autres.
L'unité du flux thermique P est…
- A. Joule (J)
- B. Watt (W)
- C. Kelvin (K)
- D. Pascal (Pa)
Réponse
B. Watt (W) — P = ΔE/Δt en J/s = watts (W).
La conversion entre °C et K : T(K) = T(°C) + …
- A. 100
- B. 273
- C. 273,15
- D. 0
Réponse
C. 273,15 — T(K) = T(°C) + 273,15. Exemple : 20 °C = 293,15 K.
Dans une bouteille thermos, le vide entre les parois supprime…
- A. Uniquement le rayonnement
- B. La conduction et la convection
- C. Uniquement la conduction
- D. Les trois modes de transfert
Réponse
B. La conduction et la convection — Le vide supprime conduction et convection (pas de matière). Les parois argentées limitent le rayonnement.
L'air immobile est-il un bon isolant thermique ?
- A. Non, il conduit bien la chaleur
- B. Oui, sa conductivité est très faible
- C. Seulement s'il est chaud
- D. Non, il transmet trop le rayonnement
Réponse
B. Oui, sa conductivité est très faible — L'air immobile a λ ≈ 0,025 W·m⁻¹·K⁻¹ : c'est un excellent isolant thermique.
Quelle grandeur macroscopique caractérise l'état thermique d'un système ?
- A. La pression
- B. La masse
- C. La température
- D. Le volume
Réponse
C. La température — La température T (en K ou °C) caractérise l'état thermique (agitation moyenne des atomes/molécules).
Niveau moyen — 13 questions
Dans la loi de Fourier P = λSΔT/e, si l'épaisseur e est doublée, le flux P est…
- A. Doublé
- B. Divisé par 2
- C. Multiplié par 4
- D. Inchangé
Réponse
B. Divisé par 2 — P est inversement proportionnel à e : doubler e divise P par 2.
Un mur (λ=0,8 W·m⁻¹·K⁻¹, S=10 m², e=0,20 m, ΔT=10 °C) a un flux thermique de…
- A. 400 W
- B. 4 W
- C. 40 W
- D. 4000 W
Réponse
A. 400 W — P = 0,8 × 10 × 10 / 0,20 = 400 W.
La convection naturelle se crée car le fluide chaud est…
- A. Plus dense et monte
- B. Moins dense et monte
- C. Plus dense et descend
- D. Moins dense et descend
Réponse
B. Moins dense et monte — Un fluide chaud se dilate → moins dense → monte ; le fluide froid descend : courants de convection.
La résistance thermique surfacique Rth = e/λ : si λ augmente, Rth…
- A. Augmente
- B. Diminue
- C. Reste constante
- D. S'annule
Réponse
B. Diminue — Rth = e/λ : plus λ est grand (meilleur conducteur), plus Rth est faible (moins bonne isolation).
Quel mode de transfert est dominant dans un sèche-cheveux (air chaud soufflé) ?
- A. Conduction
- B. Convection forcée
- C. Rayonnement
- D. Conduction et rayonnement
Réponse
B. Convection forcée — Le ventilateur force l'air chaud à circuler : c'est de la convection forcée.
La résistance thermique surfacique Rth d'un isolant (e=8 cm, λ=0,04 W·m⁻¹·K⁻¹) vaut…
- A. 0,32 m²·K·W⁻¹
- B. 2 m²·K·W⁻¹
- C. 0,5 m²·K·W⁻¹
- D. 3,2 m²·K·W⁻¹
Réponse
B. 2 m²·K·W⁻¹ — Rth = e/λ = 0,08/0,04 = 2 m²·K·W⁻¹.
Un radiateur chauffe par convection naturelle et par…
- A. Conduction uniquement
- B. Rayonnement infrarouge
- C. Convection forcée
- D. Conduction et rayonnement
Réponse
B. Rayonnement infrarouge — Un radiateur chaud émet aussi du rayonnement infrarouge qui chauffe directement les objets environnants.
Quelle est la condition pour qu'il y ait un transfert thermique entre deux corps ?
- A. Ils doivent être en contact
- B. Ils doivent avoir des températures différentes
- C. Ils doivent être des solides
- D. Ils doivent être dans le vide
Réponse
B. Ils doivent avoir des températures différentes — Un transfert thermique se produit dès qu'il y a une différence de température entre les corps (quel que soit le mode).
L'effet de serre est principalement dû à l'absorption par l'atmosphère du rayonnement…
- A. Visible du Soleil
- B. Infrarouge émis par la Terre
- C. Ultraviolet du Soleil
- D. Visible émis par la Terre
Réponse
B. Infrarouge émis par la Terre — La Terre absorbe le rayonnement solaire (visible) puis réémet en infrarouge, absorbé par les gaz à effet de serre.
Pour limiter les pertes par convection dans un isolant poreux, les pores doivent être…
- A. Grands
- B. Connectés entre eux
- C. Petits et fermés
- D. Ouverts à l'air
Réponse
C. Petits et fermés — Des petites cellules fermées piègent l'air immobile, ce qui supprime la convection.
Un objet en acier sort du four (200 °C). Il refroidit en échangeant avec l'air ambiant. Le mode principal est…
- A. Conduction seule
- B. Convection et rayonnement
- C. Rayonnement seul
- D. Conduction et convection
Réponse
B. Convection et rayonnement — L'air chaud autour de l'objet monte (convection naturelle) ET l'objet rayonne en infrarouge (rayonnement).
Le flux thermique P est proportionnel à…
- A. L'épaisseur e
- B. 1/ΔT
- C. La surface S
- D. 1/λ
Réponse
C. La surface S — P = λSΔT/e : P est proportionnel à S, à λ et à ΔT, et inversement proportionnel à e.
L'isolation thermique d'un double vitrage est principalement due à…
- A. La résistance du verre
- B. La lame d'air immobile entre les vitres
- C. L'absorption du rayonnement par le verre
- D. L'épaisseur des vitres
Réponse
B. La lame d'air immobile entre les vitres — L'air immobile entre les vitres (λ ≈ 0,025 W·m⁻¹·K⁻¹) est le principal élément isolant du double vitrage.
Niveau difficile — 13 questions
Un mur composite : béton (λ=1,75, e=20 cm) + laine de verre (λ=0,04, e=10 cm). Les résistances thermiques surfaciques s'additionnent. Rth_totale = Rth_béton + Rth_laine. Rth_béton = …
- A. 0,114 m²·K·W⁻¹
- B. 1,14 m²·K·W⁻¹
- C. 0,57 m²·K·W⁻¹
- D. 11,4 m²·K·W⁻¹
Réponse
A. 0,114 m²·K·W⁻¹ — Rth_béton = e/λ = 0,20/1,75 ≈ 0,114 m²·K·W⁻¹.
Pour le mur composite ci-dessus, Rth_laine = 0,04/0,10 = … m²·K·W⁻¹.
- A. 0,4
- B. 2,5
- C. 25
- D. 0,25
Réponse
B. 2,5 — Rth_laine = e/λ = 0,10/0,04 = 2,5 m²·K·W⁻¹.
Un corps noir (surface parfaite) émet plus de rayonnement qu'un corps brillant à même T. Pour un satellite, on peint souvent la face chaude en blanc pour…
- A. Absorber plus de chaleur solaire
- B. Réfléchir le rayonnement solaire et moins chauffer
- C. Augmenter la convection
- D. Améliorer la conduction
Réponse
B. Réfléchir le rayonnement solaire et moins chauffer — Une surface blanche réfléchit mieux le rayonnement solaire (albédo élevé) et absorbe moins d'énergie.
On passe de simple à double vitrage (ajout d'une lame de 16 mm de gaz argon, λ_argon ≈ 0,018 W·m⁻¹·K⁻¹). Rth_argon = …
- A. 0,28 m²·K·W⁻¹
- B. 0,89 m²·K·W⁻¹
- C. 2,8 m²·K·W⁻¹
- D. 0,029 m²·K·W⁻¹
Réponse
B. 0,89 m²·K·W⁻¹ — Rth = e/λ = 0,016/0,018 ≈ 0,89 m²·K·W⁻¹. Meilleur que l'air (Rth_air = 0,016/0,025 = 0,64).
Dans un bâtiment à l'état stationnaire, si on améliore l'isolation (Rth augmente) mais que ΔT reste constant, le flux de pertes P…
- A. Augmente
- B. Reste constant
- C. Diminue
- D. Devient nul
Réponse
C. Diminue — P = ΔT/(Rth × S) : si Rth augmente à ΔT constant, P diminue. L'isolation réduit les pertes.
Par nuit sans nuage, pourquoi les plantes peuvent-elles geler alors que la température de l'air est de +2 °C ?
- A. Par conduction avec le sol
- B. Par convection de l'air froid
- C. Par rayonnement IR vers le ciel froid
- D. Par condensation uniquement
Réponse
C. Par rayonnement IR vers le ciel froid — Sans nuages, le ciel est très froid (≈ −20 °C en IR). Les plantes rayonnent vers le ciel et peuvent descendre sous 0 °C.
Le flux solaire reçu par la Terre est d'environ 1361 W/m². Cette valeur est une mesure de…
- A. Température du Soleil
- B. Puissance rayonnée par le Soleil reçue par unité de surface
- C. Énergie stockée dans la Terre
- D. Conductivité de l'atmosphère
Réponse
B. Puissance rayonnée par le Soleil reçue par unité de surface — Le flux solaire (constante solaire) = P/S = 1361 W/m² : puissance rayonnée par le Soleil reçue par m² perpendiculaire aux rayons.
En convection forcée, le coefficient d'échange thermique h (en W·m⁻²·K⁻¹) représente…
- A. La conductivité du fluide
- B. L'efficacité de l'échange à la surface entre le solide et le fluide en mouvement
- C. La résistance thermique du mur
- D. Le flux rayonné
Réponse
B. L'efficacité de l'échange à la surface entre le solide et le fluide en mouvement — h caractérise l'efficacité du transfert en surface solide-fluide : plus h est grand, plus l'échange est efficace.
Un isolant a Rth = 5 m²·K·W⁻¹ et S = 20 m², ΔT = 25 °C. Le flux thermique P = …
- A. 2500 W
- B. 100 W
- C. 500 W
- D. 2 W
Réponse
B. 100 W — P = ΔT/(Rth/S) = S × ΔT / Rth = 20 × 25 / 5 = 100 W.
Quelle modification DOUBLE la résistance thermique d'un isolant (à λ constant) ?
- A. Doubler la surface S
- B. Doubler l'épaisseur e
- C. Diviser λ par 2
- D. Réduire ΔT de moitié
Réponse
B. Doubler l'épaisseur e — Rth = e/λ : doubler e double Rth. Diviser λ par 2 double aussi Rth, mais on ne peut pas choisir sa conductivité librement.
Un mur de polystyrène (λ=0,035, e=10 cm) et un mur de béton (λ=1,75, e=10 cm) ont la même surface. Le rapport P_béton/P_polystyrène = …
- A. 50
- B. 10
- C. 0,02
- D. 1
Réponse
A. 50 — P ∝ λ à e et ΔT constants : P_béton/P_polystyrène = λ_béton/λ_poly = 1,75/0,035 = 50.
Le principe de la couverture de survie « dorée » (or = réfléchissant) est de…
- A. Conduire la chaleur vers le corps
- B. Réfléchir le rayonnement IR du corps vers l'intérieur et le rayonnement extérieur vers l'extérieur
- C. Augmenter la convection autour du corps
- D. Augmenter la conduction à travers la couverture
Réponse
B. Réfléchir le rayonnement IR du corps vers l'intérieur et le rayonnement extérieur vers l'extérieur — La surface réfléchissante renvoie le rayonnement IR de la personne vers elle (garde la chaleur) et réfléchit le rayonnement externe.
À l'état stationnaire d'une pièce chauffée électriquement (P_chauffage = 1,5 kW), les pertes thermiques totales valent…
- A. Plus de 1,5 kW
- B. Moins de 1,5 kW
- C. Exactement 1,5 kW
- D. Zéro
Réponse
C. Exactement 1,5 kW — À l'état stationnaire (T intérieure constante), bilan énergie : apport = pertes → P_chauffage = P_pertes = 1,5 kW.
Cours particuliers de physique-chimie (2nde) à Marseille, en présentiel ou à distance — un prof qui s'adapte à ton rythme et reprend ce qui coince.
Prof de physique-chimie à Marseille · Cours particuliers au lycée · Aide aux devoirs