Eau liquide et Soleil source d ’énergie lumineuse.

Sources

Le capteur

Diagramme d’état de l’eau

Le réglage

Aide N° 1

Aide N° 2

Correction

Diagramme de l ’eau

Conditions rencontrées sur Terre

Sur le diagramme la pression est une pression d ’eau

au plus égale à la pression

atmosphérique dans un récipient ne

contenant que de l’eau

Aide n°1

Conditions rencontrées sur Terre

Aide N°1Tracer une

horizontale à l’ordonnée 100 kPa

pour voir quelles températures sont compatibles avec l’existence d’eau

liquidesur Terre

Aide N°2

Un planète possédant une atmosphère du type de celle de la Terre doit avoir sa surface entre 0 et 100 °C pour qu’on y rencontre l’eau à l’état liquide.

C’est le Soleil qui est responsable de l’échauffement de la surface de la planète. La Chaleur “ interne ” joue un rôle négligeable (sinon il ne ferait pas frais dans une grotte par rapport à la surface).

La maquette peut permettre de comparer la situation d’éclairement des différentes planètes plus ou moins éloignées du Soleil.

Le Soleil est une source de chaleur. La puissance de cette source au niveau de la Terre peut être mesurée grâce au montage “ constante solaire ”.

Capteur constante solaire

Plan du capteur

Cylindre laiton

Thermomètre

Cylindred ’alignement

Fil à plomb

Isolant

Plexiglas

Rapporteur

Position pour une mesure correcte

Bon

Attention à l ’ombre du viseur

Mauvais

La mesureL’énergie reçue par le cylindre en laiton est égale :

E = m(kg). c(J .kg-1.°K-1). (Tf-Ti )

E (unité J = Joules) est la quantité d’énergie reçue par le montage.Tf (unité °C = degrés Celsius) est la température finale et Ti la température

initiale.m (unité kg) masse du corps échauffé.c (unité J .kg-1.°K-1 = Joules par kg et par degrés) chaleur massique. Sa valeur

est de 418 J .kg-1.°K-1 pour le laiton.

Ici on a donc

E= 418 . m . (Tf-Ti)la constante solaire est :

St

EP

Puissance P :W.m-2 (Watts par mètres carrés)t :s

S :m2

Correction : Diagramme de l’eau

Conditions réalisées à la surface de la Terre

Correction : maquette éclairement

Le « Soleil »

Mercure

Vénus

Terre

Mars

Jupiter

Saturne

Échelle:10 cm = 1 u.a (unité

astronomique)

Correction : mesure sur la maquette

0,000

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

700,000

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00

Distance au soleil U.A

Ecl

aire

men

t U

.arb

itra

ires

0

100

200

300

400

500

600

700

0,000 2,000 4,000 6,000 8,000

inverse de distance au carré

Ecl

aire

men

t U

nit

é ar

bit

rair

e

l’énergie reçue par unité de surface est inversement proportionnelle au carré de la

distance au Soleil.

Correction: constante solaire

Mesure de la constante solaire

Caractéristiques du capteur utilisé

Capacité calorifique du laiton (J/kg/deg) 380

Masse de laiton (kg) 0,245

Surface S du capteur (m2) 0,0020

Mesures effectuées

Durée de la mesure en secondes 300

Température initiale Ti 22,1

Température finale Tf 25

Energie E en Joules 270

Constante solaire en W par M2 458

Coefficient de correction 2 917

Mesure le 14/9 à 11h Ciel bleuDistance zénithale 64°

Correction : angle d ’incidence

Angle d’incidence du rayonnement solaire :

Pour faire la mesure de constante solaire, on place la surface du capteur perpendiculairement à la direction des rayons solaires. L’angle d’incidence est alors nul.

Correction : saisons

Vers le Soleil

S

N

Solstice d'hiver (22/12)

i

L23,45Vers le

Soleil

S

N

Solstice d'été (21/06)

i

L23,45

Plan de l'orbite terrestre

Vers le Soleil

Axe de rotationde la Terre

S

N

Equinoxe (21/03 ou 23/9)

Terminateur

Méridiens et parallèles

Soleil

N

S

NuitJour

Terminateur

Parallèles

Equateur

Méridiens

Sources

Caractéristique du capteur : http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article22