Physique-Chimie Terminale Spécialité

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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
Thème 3
Sujet Bac guidé 2

Bilan thermique Soleil/Terre/atmosphère

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Énoncé
La présence de la vie sur Terre est tributaire du Soleil : le rayonnement solaire détermine la température du sol terrestre et par conséquent affecte aussi les principaux paramètres climatiques et météorologiques. Les équilibres sont complexes et font intervenir le Soleil, l'intérieur de la Terre, l'atmosphère et les océans.
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Doc. 1
Soleil

Les taches solaires observées en lumière visible lors de forte activité s'accompagnent dans l'ultraviolet d'une plus forte émission.

Taches solaires
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Crédits : NASA Goddard et NASA/GSFC/Solar Dynamics Observatory

Ces images ont été prises simultanément en lumière ultraviolette (à gauche) et visible (à droite) par le satellite Solar Dynamics Observatory.
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Données

  • Rayon de la Terre : m
  • Distance moyenne Soleil-Terre : m
  • Masse de la Terre : kg
  • Masse du Soleil : kg
  • Surface d'une sphère de rayon  :
  • Expression de la loi de Stefan-Boltzmann :
  • Constante de Stefan-Boltzmann : W·m-2·K-4
  • Masse molaire de l'air : g·mol−1
  • Expression de la loi de Wien :
  • Constante de Wien : m·K
  • Rayon du Soleil : m
  • Expression de la loi de Newton :
  •  : flux thermique échangé (W)
     : coefficient de Newton (W·m-2·K-1)
     : surface d'échange (m2)
    et  : température du système et extérieure (K)
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Questions
1
Absence d'atmosphère

Le Soleil émet un rayonnement électromagnétique à travers le vide interstellaire et la Terre en reçoit une partie.

1.1 Le Soleil est assimilé à un corps noir. Déterminer sa température de surface , sachant qu'il émet un maximum d'intensité lumineuse pour m

1.2 Déterminer l'expression de la puissance électromagnétique totale rayonnée par la surface du Soleil. Calculer sa valeur.

Soit la puissance surfacique moyenne reçue sur l'ensemble de la surface de la Terre. On estime que W·m-2. La Terre réfléchit une fraction de l'énergie reçue du Soleil et absorbe le reste.

1.3 En supposant que la Terre se comporte comme un corps noir, calculer sa température .
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Coups de pouce

1.1 Utiliser la relation de Wien fournie pour déterminer la température de surface du Soleil.

1.2 Exprimer la surface d'une sphère et utiliser la loi de Stefan-Boltzmann pour exprimer .

1.3 Déterminer le flux surfacique thermique moyen reçu par la Terre en tenant compte de toute la surface et de l'albédo. En déduire sa température en utilisant la loi de Stefan‑Boltzmann.
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Doc. 2
Prise en compte de l'atmosphère

L'ensemble sol atmosphère réfléchit la fraction du rayonnement solaire. L'atmosphère qui entoure la Terre absorbe la fraction du rayonnement solaire non réfléchi et absorbe complètement le rayonnement de la Terre (on prendra ). La Terre absorbe la fraction du rayonnement solaire non réfléchi et absorbe une part du rayonnement de l'atmosphère qui n'est pas perdu dans l'espace (on prendra %).
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Prise en compte de l'atmosphère
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Crédits : lelivrescolaire.fr
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Questions
2
Effet de serre

On affine le modèle en tenant compte de l'atmosphère. Le sol et l'atmosphère sont considérés comme des corps noirs de températures et .

2.1 Faire les deux bilans thermiques correspondant aux deux systèmes {sol terrestre} et {atmosphère}, l'atmosphère rayonnant de ses deux faces.

2.2 Déterminer les deux températures et . Commenter en utilisant le terme d'effet de serre.

Les paramètres climatiques dépendent aussi des échanges avec l'atmosphère et les océans.

2.3 Préciser quels sont les principaux modes de transferts thermiques mis en jeu.
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Coups de pouce

2.1 À partir du schéma, réaliser un bilan sur les flux surfaciques thermiques reçus et émis par les deux systèmes.

2.2 Isoler les températures et dans les deux bilans précédents pour les calculer. À l'aide des calculs et des résultats précédents de la question 3., justifier l'importance de l'effet de serre.

2.3 Rappeler les deux modes de transfert essentiels mis en jeu dans le bilan thermique de la surface de la Terre.
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Doc. 3
Minimum de Maunde

Le minimum de Maunder correspond à un déficit marqué du nombre de taches solaires [...]. Indépendamment de ces périodes de minimum apparaît très clairement une modulation du nombre de taches solaires, suivant le cycle solaire d'environ 11 ans.
D'après Wikipedia.org.
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Minimum de Maunder
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Crédits : lelivrescolaire.fr
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Questions
3
Activité solaire

Des considérations théoriques indiquent que toute variation de la puissance solaire conduit à une variation de la température de surface telle que :

On estime la variation maximale de l'activité solaire à environ 0,1 % de sa puissance totale.

3.1. Déterminer l'ordre de grandeur de la variation de température de surface de la Terre en raison de l'activité solaire. Commenter.
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Coups de pouce

3.1 Utiliser la relation fournie en isolant et en estimant à partir des réponses précédentes.

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