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
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