QCM : Champ de température et flux thermique (8 questions)

Question 1

1. Dans un solide, comment définit-on le champ de température en un point et à un instant donnés ?

Par la température T(M) indépendante du temps

Par la température T(M, t) associée à chaque point M du corps

Par la température moyenne associée à chaque surface du corps

Par une température unique attribuée à l’ensemble du corps

Explication

Le champ de température associe à chaque point du corps une température qui peut dépendre de la position et du temps. Une température unique pour tout le corps confond champ et valeur globale, tandis que T(M) omet le temps et la température moyenne concerne une autre description.

Answer

Par la température T(M, t) associée à chaque point M du corps

Question 2

2. Dans une pièce, la température mesurée en chaque point reste identique au fil du temps, bien qu’elle varie d’un endroit à l’autre. Quel régime thermique est observé ?

Un régime permanent, car la température ne dépend pas du temps

Un régime transitoire, car la température n’est pas uniforme dans la pièce

Un régime permanent, qui exige une température identique en tout point

Un régime transitoire, car la température varie selon la position

Explication

Un régime permanent signifie que la température ne dépend pas du temps, même si elle varie d’un point à l’autre. Le régime transitoire suppose une variation temporelle, et le régime permanent n’exige pas une température uniforme dans l’espace.

Answer

Un régime permanent, car la température ne dépend pas du temps

Question 3

3. À un instant donné, une équipe repère l’ensemble des points d’un matériau dont la température vaut 30 °C. Quel objet géométrique décrit cet ensemble ?

Une surface isotherme

Une ligne de flux thermique

Un volume isotherme

Une surface définie sans référence à l’instant

Explication

Une surface isotherme est le lieu des points ayant la même température à un instant donné. Une ligne de flux suit une autre notion, un volume n’est pas la surface décrite, et l’instant fait partie de la définition.

Answer

Une surface isotherme

Question 4

4. Sur une surface isotherme, la température diminue en allant vers le nord. Quelle orientation possède le vecteur normal unitaire indiqué par cette variation ?

Perpendiculaire à la surface, dirigée vers le nord et de module supérieur à 1

Parallèle à la surface et dirigée vers le nord

Perpendiculaire à la surface et dirigée vers le sud

Perpendiculaire à la surface et dirigée vers le nord

Explication

Le vecteur normal unitaire est perpendiculaire à la surface, a un module égal à 1 et pointe vers les températures décroissantes; ici, il est donc dirigé vers le nord. Le sud correspond aux températures croissantes, une direction parallèle n’est pas normale, et le module unitaire vaut 1.

Answer

Perpendiculaire à la surface et dirigée vers le nord

Question 5

5. Dans une région où la température varie suivant la normale isotherme unitaire $\mathbf{n}_{\mathrm{iso}}$ , quelle expression donne le gradient de température ?

\operatorname{grad} T = \left(\frac{\partial T}{\partial n}\right)\mathbf{t}_{\mathrm{iso}}

\operatorname{grad} T = \left(\frac{\partial T}{\partial n}\right)+\mathbf{n}_{\mathrm{iso}}

\operatorname{grad} T = \mathbf{n}_{\mathrm{iso}}/\left(\frac{\partial T}{\partial n}\right)

\operatorname{grad} T = \left(\frac{\partial T}{\partial n}\right)\mathbf{n}_{\mathrm{iso}}

Explication

Le gradient s’obtient en multipliant la variation directionnelle de température par la normale isotherme unitaire. L’addition omet la structure vectorielle, le vecteur tangent change de direction et la division inverse le rôle du facteur scalaire.

Answer

$$\operatorname{grad} T = \left(\frac{\partial T}{\partial n}\right)\mathbf{n}_{\mathrm{iso}}$$

Question 6

6. La normale isotherme unitaire d’une surface pointe vers les températures décroissantes ; dans quel sens pointe le gradient de température ?

Sans sens déterminé, car le gradient est un scalaire

Vers les températures croissantes, à l’opposé de la normale

Le long de la surface isotherme, perpendiculairement à la normale

Vers les températures décroissantes, dans le sens de la normale

Explication

Le gradient indique la direction d’augmentation de la température et est orienté à l’opposé de la normale isotherme décrite. Le sens de la normale correspond aux températures décroissantes, une direction tangentielle n’est pas celle du gradient, et le gradient est un vecteur.

Answer

Vers les températures croissantes, à l’opposé de la normale

Question 7

7. Quelle grandeur représente la densité de flux thermique $\varphi$ ?

La quantité de chaleur transmise par unité de temps, en J/s

La puissance thermique totale transmise, en W

La puissance thermique transmise par unité de surface, en W/m²

L’énergie thermique transmise par unité de surface, en J/m²

Explication

La densité de flux thermique est une puissance rapportée à une surface, et son unité est le watt par mètre carré. La puissance totale ne tient pas compte de la surface, tandis que les joules par mètre carré décrivent une énergie surfacique.

Answer

La puissance thermique transmise par unité de surface, en W/m²

Question 8

8. Une paroi de surface $S=4\,\text{m}^2$ transmet une puissance thermique $\Phi=120\,\text{W}$ . Quelle est la densité de flux thermique à travers la paroi ?

\frac{1}{30}\,\text{W/m}^2

7{,}5\,\text{W/m}^2

30\,\text{W/m}^2

480\,\text{W/m}^2

Explication

La relation est $\varphi=\frac{\Phi}{S}$ ; ici, $120/4=30\,\text{W/m}^2$ . Le produit donne 480, le rapport inversé donne 1/30 et la division par la surface au carré conduit à une valeur erronée de 7,5.

Answer

$$30\,\text{W/m}^2$$

QCM : Champ de température et flux thermique (8 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Dans un solide, comment définit-on le champ de température en un point et à un instant donnés ?

2. Dans une pièce, la température mesurée en chaque point reste identique au fil du temps, bien qu’elle varie d’un endroit à l’autre. Quel régime thermique est observé ?

3. À un instant donné, une équipe repère l’ensemble des points d’un matériau dont la température vaut 30 °C. Quel objet géométrique décrit cet ensemble ?

4. Sur une surface isotherme, la température diminue en allant vers le nord. Quelle orientation possède le vecteur normal unitaire indiqué par cette variation ?

5. Dans une région où la température varie suivant la normale isotherme unitaire $\mathbf{n}_{\mathrm{iso}}$ , quelle expression donne le gradient de température ?

6. La normale isotherme unitaire d’une surface pointe vers les températures décroissantes ; dans quel sens pointe le gradient de température ?

7. Quelle grandeur représente la densité de flux thermique $\varphi$ ?

8. Une paroi de surface $S=4\,\text{m}^2$ transmet une puissance thermique $\Phi=120\,\text{W}$ . Quelle est la densité de flux thermique à travers la paroi ?

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1. Dans un solide, comment définit-on le champ de température en un point et à un instant donnés ?

2. Dans une pièce, la température mesurée en chaque point reste identique au fil du temps, bien qu’elle varie d’un endroit à l’autre. Quel régime thermique est observé ?

3. À un instant donné, une équipe repère l’ensemble des points d’un matériau dont la température vaut 30 °C. Quel objet géométrique décrit cet ensemble ?

4. Sur une surface isotherme, la température diminue en allant vers le nord. Quelle orientation possède le vecteur normal unitaire indiqué par cette variation ?

5. Dans une région où la température varie suivant la normale isotherme unitaire niso\mathbf{n}_{\mathrm{iso}}niso​, quelle expression donne le gradient de température ?

6. La normale isotherme unitaire d’une surface pointe vers les températures décroissantes ; dans quel sens pointe le gradient de température ?

7. Quelle grandeur représente la densité de flux thermique φ\varphiφ ?

8. Une paroi de surface S=4 m2S=4\,\text{m}^2S=4m2 transmet une puissance thermique Φ=120 W\Phi=120\,\text{W}Φ=120W. Quelle est la densité de flux thermique à travers la paroi ?

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7. Quelle grandeur représente la densité de flux thermique $\varphi$ ?

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