244-301-AL Plan de cours H08

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ƒ¾ƒƒƒƒƒƒƒ¾ Ce cours s’adresse à des élèves Cégep André-Laurendeau du programme de : Département de Technologie physique Technologie physique – 244.A0 Prof : Iscra Nicolov Bureau : 1.772.6 Courriel : iscra.nicolov@claurendeau.qc.ca Tél : 514-364-3320 x293 Cours : 244-301-AL Systèmes thermiques Pondération : 2-3-2 Plan de cours – Hiver 2008 5) Phénomènes thermoélectriques : Effet Peltier 1. Situation du cours dans le programme 6) Comparaison entre les différents types de thermomètres Le cours Systèmes thermiques du programme de utilisés en industrie : plages, temps de réponse et Technologie physique s'inscrit dans la série de cours portant étalonnage de thermomètres à résistance de platine, èmesur la Physique appliquée. Donné en 2 session, il prépare JKLH;H principalement l’élève à analyser des systèmes thermiques et Module II: Les fluides mesurer des grandeurs thermodynamiques, de dilatations ou 1) Statique des fluides : pression hydrostatique, loi de de radiations thermiques, ainsi que d’anticiper les effets de la Boyle-Mariotte, principe de Pascal, machine température sur les propriétés mécaniques, électriques ou hydraulique, poussée d’Archimède, machines optiques de matériaux par l’examen de leur structure hydrauliques. atomique. 2) Dynamique des fluides : écoulement d’un fluide, Ce cours couvre deux compétences : équation de continuité, équation de Bernoulli, effet Analyser des systèmes thermiques (027M) : entièrement Venturi, ...
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Cégep André-Laurendeau
Département de Technologie physique
Ce cours s’adresse à des élèves
du programme de :
Technologie physique – 244.A0
Prof :
Iscra Nicolov
Courriel :
iscra.nicolov@claurendeau.qc.ca
Bureau :
1.772.6
Tél :
514-364-3320 x293
Cours :
244-301-AL Systèmes thermiques
Pondération :
2-3-2
Plan de cours – Hiver 2008
1. Situation du cours dans le programme
Le
cours
Systèmes
thermiques
du
programme
de
Technologie physique s'inscrit dans la série de cours portant
sur la
Physique appliquée
. Donné en 2
ème
session, il prépare
principalement l’élève à analyser des systèmes thermiques et
mesurer des grandeurs thermodynamiques, de dilatations ou
de radiations thermiques, ainsi que d’anticiper les effets de la
température sur les propriétés mécaniques, électriques ou
optiques de matériaux par l’examen de leur structure
atomique.
Ce cours couvre deux compétences :
¾
Analyser des systèmes thermiques (027M) :
entièrement
¾
Établir des liens entre des modèles atomiques et des
propriétés de la matière. (027K) :
partiellement, dont :
ƒ
Analyser des modèles d’atomes isolés.
ƒ
Déduire les propriétés mécaniques, thermiques,
électriques ou optiques
Le développement de cette compétence se poursuit dans
le cadre du cours
Propriétés des matériaux
.
À la fin du cours Systèmes thermiques, vous serez en mesure
de déterminer les effets de la température d’un système
thermique.
Plus spécifiquement, vous serez capables de:
Mesurer des grandeurs thermodynamiques en :
o
Thermométrie : température, échelles de
température; appareils de mesure : thermomètres à
dilatation, thermomètres à résistance, thermocouple,
thermomètres particuliers
o
Calorimétrie : la chaleur; les effets de la chaleur;
o
Hygrométrie : pressions partielles, point de rosée;.
Préciser les effets de la température sur des composants
et des systèmes : études et applications de la conduction;
convection; rayonnement..
Modéliser les systèmes thermiques : appliquer les
principes de la thermodynamique dans les machines
thermiques.
2. Contenu et planification
Les exposés théoriques (2 h) ont lieu chaque semaine :
Module I: Thermométrie
1)
Température et échelles de température: échelle
thermodynamique et échelles pratiques.
2)
Élévation de la température par transfert d’énergie sous
forme de chaleur ou de travail.
3)
Échelle Internationale de Température de 1990 (EIT-90)
et thermomètres de références.
4)
Dilatation thermique et thermomètres basés sur la
dilatation thermique.
5)
Phénomènes thermoélectriques : Effet Peltier
6)
Comparaison entre les différents types de thermomètres
utilisés en industrie : plages, temps de réponse et
étalonnage de thermomètres à résistance de platine,
JKLH;H
Module II: Les fluides
1)
Statique des fluides : pression hydrostatique, loi de
Boyle-Mariotte, principe de Pascal, machine
hydraulique, poussée d’Archimède, machines
hydrauliques.
2)
Dynamique des fluides : écoulement d’un fluide,
équation de continuité, équation de Bernoulli, effet
Venturi, écoulement visqueux.
3)
Instruments de mesure: tube de Pitot, anémomètre à fil
chaud, débitmètre à section variable, venturi;
Module III: Lois des gaz
1)
Loi des gaz parfaits; gaz réels et diagramme des phases.
2)
Théorie cinétique des gaz.
3)
Mesures et jauges de pression.
Module IV: Chaleur et énergie thermique
1)
Chaleur et température;
2)
Calorimétrie et capacités massiques des matériaux
.
3)
Changement de phase, chaleur latente.
Module V: Transferts d’énergie thermique
1)
Conduction thermique : loi de Fourier; groupement de
résistances thermiques et loi d’Ohm thermique ;
2)
Convection : libre et forcée.
3)
Rayonnement : émission et absorption de rayonnement :
-loi de Stephen-Boltzmann,
-corps noir, corps réel et loi de Planck ;
-applications : capteurs solaires, fours solaires;
-appareils de mesure : pyromètres optiques; caméra
infrarouge.
4)
Structure atomique, modèle de Bohr, tableau périodique
des éléments et types de liaisons atomiques.
Module VII: Thermodynamique et machines thermiques
1)
Premier principe de la thermodynamique
2)
Machines thermiques et réfrigérateurs
ƒ
cycle de Carnot ;
ƒ
pompes à chaleur;
ƒ
module réfrigérant ;
Module VIII: L’hygrométrie :
ƒ
pressions partielles, point de rosée;
ƒ
appareils de mesure : hygromètres, psychromètre;
ƒ
applications.
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Les laboratoires (3h) auront lieu une fois par semaine :
1. THERMOMETRE A RESISTANCE DE PLATINE.
2. LA THERMISTANCE CTN
3. THERMOCOUPLES
4. CELLULE PELTIER
5. DILATATION THERMIQUE DES SOLIDES
6. CAPACITÉ THERMIQUE MASSIQUE DES SOLIDES
7. ÉQUIVALENT ÉLECTRIQUE DE LA CHALEUR
8. CUBE DE LESLIE ET CAMÉRA INFRAROUGE
9. CONDUCTIVITÉ THERMIQUE
10. RÉSISTANCE THERMIQUE DES SOLIDES
11. DRAIN DE CHALEUR
12. MACHINES THERMIQUES.
13. CARACTÉRISATION DE L’ÉCOULEMENT D’UN FLUIDE
3. Approche pédagogique particulière
Les périodes théoriques se dérouleront, autant que possible,
de la façon suivante:
au début du cours, un mini-test sur la matière du cours
précédant ou sur la lecture du livre obligatoire;
rappel sur la matière du cours précédant avec questions
sur les exercices;
présentation du contenu de la nouvelle matière par des
exemples pratiques;
démonstrations et explications théoriques de cette
matière;
exercices résolus par le professeur et par les étudiants en
classe;
explication et préparation du prochain laboratoire;
travail à la maison : étude des notes de cours, lecture
obligatoire dans le livre de rérérence et exercices à
résoudre par l'étudiant.
travail de recherche sur un sujet du contenu. La liste des
sujets est donnée en Annexe A.
La façon de procéder pour les laboratoires sera la suivante:
chaque laboratoire doit être préparé à l'avance, la feuille
de préparation sera exigée au début du laboratoire.
pour chaque laboratoire, il y aura un rapport de
laboratoire à produire. Les rapports serviront à évaluer
vos acquis pratiques relatif au cours. Le modèle du
rapport est donné en AnnexeB-STh-H08.
les rapports seront regroupés avec les préparations
individuelles dans un cartable ensemble avec les notes de
cours, les devoirs et les mini-tests. Les cartables seront
corrigés au fur et à mesure. Ils doivent être maintenus à
jour pour remise immédiate lorsque exigés. Un cartable
remis une semaine plus tard entraîne une pénalité (note
0) sur les travaux concernés.
4. L’évaluation
Afin de permettre l’apropriation correcte du contenu du cours
et vérifier l'état de vos connaissances, l'évaluation des
apprentissages se fait de façon continue. On utilisera trois
types d'évaluation:
L'évaluation formative :
-
évaluation de la participation et la lecture demandée;
-
exercices en classe et à la maison;
-
évaluation des méthodes de travail en laboratoire.
L'évaluation sommative:
-
mini-tests et devoirs corrigés;
-
rapports de laboratoire;
-
présentation du travail de recherche;
-
examen mi-trimestriel.
L'évaluation certificative:
-
examen final théorique
(2h) : vous isolez le
système
thermique
à
étudier,
choisissez
les
techniques de calcul pertinentes et déterminez les
effets de la température sur les composants du
système.
-
examen final pratique
individuel (3h) : vous devez,
à l’aide du matériel de thermie, effectuer la mesure
d’une grandeur physique propre à la thermie et
présenter les résultats et la démarche.
-
Critères d’évaluation de la performance de
l’élève :
o
description juste des apports d’énergie
mécanique, électrique, chimique ou thermique.
o
analyse juste des mécanismes physiques
d’échange thermique et de conversion d’énergie.
o
utilisation appropriée des lois rencontrées en
thermie et de la théorie cinétique des gaz.
o
choix des grandeurs thermodynamiques à
mesurer.
o
utilisation appropriée des thermomètres et des
appareils de mesure de pression ou de volume.
o
calcul exact des capacités, des constantes de
temps, des résistances et des coefficients
d’échange thermique.
o
utilisation appropriée des logiciels.
Mini-tests et devoirs
10%
Recherche
5%
Examen mi-trimestriel théorique
20%
Examen final-théorique
25%
Examen final-pratique
15%
Laboratoires
Langue française : 10% appliqués sur la correction des
rapports de laboratoire.
25%
Pour réussir ce cours vous devez obtenir une note supérieure
à 60% en théorie ainsi que 60% en pratique.
5. Résumé de certains règlements
La nourriture et les breuvages sont interdits.
L'utilisation du PC pour des jeux est
strictement
interdite
.
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Résumé des modalités départementales de la PIEA
(Politique Institutionnelle d’Évaluation des
Apprentissages) :
1. Présence et participation aux activités d’apprentissage
La présence est obligatoire pour toutes les activités
d’apprentissage de Technologie physique; autant
pour les cours théoriques que les séances de laboratoire.
2. Valorisation de la langue française
Tous les travaux écrits devront démontrer un français
correct avec une orthographe soignée qui respecte les
règles de grammaire élémentaires. Des pénalités allant
jusqu’à 10% de la note d’un travail peuvent être
imposées.
3. Seuil de réussite
La réussite d’un cours de concentration demande que
l’élève atteigne 60% autant pour la partie pratique que
pour la partie théorique du cours.
4. Remise des travaux
Tel que spécifié à la PIEA du collège, le retard ou la
remise d’un travail incomplet peut entraîner une pénalité
jusqu’à la note de 0 (zéro).
Pour plus de détails, SVP vous référer aux politiques
départementales affichées au laboratoire ou disponibles à
l’adresse suivante :
http://webcal.claurendeau.qc.ca/techno8/Telecharger.htm
Pour ce qui n’est pas couvert par les politiques
départementales, ce sont les politiques générales du collège
qui s’appliquent (par exemple : révision de notes). Ces
politiques sont disponibles à l’adresse suivante :
http://www.claurendeau.qc.ca/180/index.html
Le document qui traite des révisions des notes est :
http://www.claurendeau.qc.ca/fichiers/documents/pages/100_
199/PIEA-%20ADOPTEEmars2005.pdf
5. Médiagraphie et matériel obligatoire
Livre obligatoire : Eugene Hecht. Physique I-Mécanique,
2007.
Livre de référence : BEAULIEU, René, et al.,
Métrologie en thermique, Éditions le Griffon d’argile, Ste-
Foy, 1986, ISBN 2-920210-52-1.
Matériel obligatoire : calculatrice scientifique, papier
ligné, règles.
Annexe A : Sujets de recherche :
1. Concevoir un capteur thermique solaire (non photovoltaïque)
2. Le tube de Pitot
3. Anémomètre mécanique
4. Plaque orifice
5. Anémomètre à fil chaud
6. Hygromètres, psychromètre;
7. Psychromètre.
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