grand oral physique: Dans quelle mesure la thermodynamique peut me sauver la vie dans le désert?

« grand oral rédigé Dans quelle mesure la thermodynamique peut me sauver la vie dans le désert? Imaginez-vous perdu dans le désert du Sahara, avec un téléphone surchauffé éteint, une seule poche d'eau tiède et une entorse vous empêchant d’avancer.

Que faire ? Cette situation semble désespérée… sauf si la physique peut vous aider.

Aujourd’hui, nous allons voir dans quelle mesure la thermodynamique peut nous sauver la vie en nous permettant de refroidir un téléphone le plus efficacement possible.

La thermodynamique est la partie de la physique qui étudie les échanges de chaleur et d’énergie entre les objets.

Elle permet de comprendre comment la chaleur se transfère, comment les objets se réchauffent ou se refroidissent, et à quelle vitesse.

Pour mieux comprendre comment agir dans cette situation, nous allons d’abord voir comment fonctionne un téléphone et les deux principales causes de surchauffe. Ensuite, nous étudierons les mécanismes naturels de refroidissement dans l’air grâce aux principes de la thermodynamique. Et enfin, nous verrons comment optimiser ce refroidissement, notamment à l’aide de l’eau. Premièrement, un téléphone est un appareil électronique complexe.

Il fonctionne grâce à plusieurs composant fonctionnant en harmonie: Le plus important est le processeur, également appelé CPU (Central Processing Unit).

C’est le cerveau du smartphone.

Il exécute les instructions d'un programme informatique, effectuant des opérations de base d'arithmétique, de logique, contrôlant et dirigeant l'entrée et la sortie des données.

Les performances du smartphone dépendent en grande partie de la puissance du processeur et c’est grâce à lui que votre appareil fonctionne correctement. Ensuite il y a la mémoire.

Elle est divisée en deux parties : la RAM (Random Access Memory) et le stockage interne.

La RAM est la mémoire vive de votre téléphone.

Contrairement au stockage (où les applications et les fichiers sont enregistrés de façon permanente), la RAM stocke temporairement les données pour un accès rapide par le processeur.

La RAM est un type de mémoire volatile, ce qui signifie qu'elle se réinitialise lorsque l'appareil est éteint.

Le stockage de smartphone désigne l’espace disponible pour sauvegarder des données sur un appareil mobile.

Il joue un rôle essentiel dans le fonctionnement d’un smartphone, influençant directement sa capacité à stocker des applications, des photos, des vidéos et d’autres types de fichiers. Enfin il y a la batterie.

Elle fournit l’énergie nécessaire au fonctionnement de tous les autres composants.

La plupart des smartphones modernes utilisent des batteries lithium-ion, qui sont légères, durables et capables de conserver une charge pendant une longue période. Cependant, l’une des principales causes de surchauffe vient de la batterie et du CPU. En effet le CPU peut effectuer plusieurs milliards de calcul par seconde, ce qui provoque de la chaleur notamment lors de certaines activités comme le streaming ou le jeu vidéo qui demande énormément de performance. La batterie quant à elle, utilise une réaction d’oxydo réduction pour délivrer de l'énergie et se recharger.

Cette réaction est exothermique ce qui signifie qu'elle libère de la chaleur et plus elle est usée, plus elle en libère ce qui provoque à terme une surchauffe. L’autre cause de surchauffe, celle qui nous intéresse dans notre situation, provient des transferts thermiques. En effet, il existe trois modes de transfert thermique: la convection, la conduction et le rayonnement. La convection est un transfert thermique porté par un transport de matière.

L’agitation thermique se transmet de proche en proche en déplaçant la matière.

Elle se produit dans les fluides comme les gazs ou les liquides Le rayonnement,quant à lui, est un transfert thermique dû à l'absorption ou à l’émission d’un rayonnement électromagnétique. Enfin, la conduction est un transfert thermique sans transport de matière.

L’agitation thermique se transmet de proche en proche entre les molécules ce qui augmente leur vitesse et donc la température. Dans notre situation, ce sont ces deux derniers qui vont nous intéresser. L'extérieur du téléphone absorbe le rayonnement électromagnétique du soleil qui le réchauffe, et transmet la chaleur par conduction au composant et surtout au processeur.

Sauf que quand le processeur surchauffe, il ne peut plus effectuer de calcul et donc s’éteint pour éviter de s'abîmer, ce qui empêche le téléphone de s'allumer. Maintenant que nous avons compris pourquoi notre téléphone ne s’allume plus, il faut pouvoir le refroidir et tout d’abord, analysons son refroidissement naturel. Précisons d’abord quelques caractéristiques du téléphone étudié: l’appareil est en aluminium, pèse 200 g soit 0,2kg, a pour dimension 130 par 60 par 6 mm donnant une surface d’environ 18 x 10−3 𝑚2 et est résistant à l’eau.

Un téléphone est en surchauffe et fonctionne normalement jusqu’à 45°C.

Le nôtre, jusqu’ici en plein soleil, est à environ 50°C.

Or à l’ombre du Sahara, il fait environ 40°C.

On va donc mettre le téléphone à l’ombre pour qu’il refroidisse et que sa température redescende en dessous de 45°C.

Il va échanger de la chaleur avec l’air ambiant par convection jusqu’à atteindre la température de l’air, mais plus l’air est chaud plus le processus est lent.

Pour étudier la vitesse de refroidissement, il faut utiliser la thermodynamique. On va procéder en trois étapes: D’abord on modélise le refroidissement d’un objet.

On part du premier principe de la thermodynamique, pouvant être modélisé par cette formule : ΔU=W+Q, Or W=0, donc ΔU=Q Aussi, Փ= 𝑄 𝛥𝑡 Et selon la loi de Newton : Փ = h × S × (Tₑ - T) Donc Q= h × S ×.... »