Exercice B - Analyse énergétique d'une bouilloire · Bac Sciences de l'Ingénieur Métropole 2021 (sujet 1)

EXERCICE B – Analyse énergétique d'une bouilloire

Mots-clés: premier principe; bilan d'énergie; variation d'énergie interne.

La résistance d'une bouilloire convertit l'énergie électrique en énergie thermique et transfère cette énergie à l'eau qu'elle contient. Toutes les bouilloires sont munies d'un dispositif permettant de couper l'alimentation une fois que l'eau est à ébullition.

Le but de l'exercice est d'étudier les pertes d'énergie lorsque l'appareil porte à ébullition une certaine masse d'eau.

Caractéristiques de la bouilloire

puissance électrique: 2,0 kW sous 230 V;

contenance: 1,7 L;

surface latérale: $S = 0{,}080\ m^2$;

diamètre de la base: 15 cm;

diamètre du couvercle: 12,5 cm;

masse volumique de l'eau: $\rho = 1{,}0\ kg\cdot L^{-1}$.

Photographie de la bouilloire électrique

On met à chauffer dans la bouilloire 1,0 litre d'eau de capacité thermique massique $c_{eau} = 4{,}18\times 10^3\ J\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}$. On obtient le graphique ci-dessous.

Évolution de la température de l'eau dans la bouilloire au cours du temps

1.

2.

Le vase de la bouilloire est en acier inoxydable. Sa capacité thermique vaut $C_{vase} = 3{,}0\times 10^2\ J\cdot K^{-1}$. On suppose qu'à chaque instant la température du vase de la bouilloire est égale à celle de l'eau.

3.

4.

Représenter l'allure de l'évolution de la température du système {eau} dans le cas idéalisé décrit ci-dessus sur le document-réponse 2 de l'ANNEXE à rendre avec la copie. On limitera le tracé à des températures inférieures à 90 °C.

Grille du document-réponse 2 pour tracer la courbe idéalisée