ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE


1
La machine Soleil




Doc. 3
La relation d’Einstein

C’est peut-être la relation mathématique la plus célèbre du monde de la physique :
E=mc2E=m \cdot c^{2} (avec EE exprimée en joule, mm en kilogramme et cc en mètre par seconde). La relation d’Einstein établit une équivalence entre énergie et masse. La variation de masse observée lors d’une transformation nucléaire est proportionnelle à l’énergie libérée (ou absorbée) avec un facteur de proportionnalité c2.c^{2}. Réciproquement, l’émission d’énergie par un système peut se traduire comme une diminution de la masse de ce système.

Ce que j’ai déjà vu

  • La relation liant puissance, énergie et durée
  • La modélisation d'une réaction nucléaire

Doc. 2
Les réactions nucléaires au sein du Soleil

Dans le Soleil, les conditions de pression et de température permettent aux noyaux d’hydrogène 11H_{1}^{1} \mathrm{H} d'effectuer des réactions de fusion nucléaire pour former à terme des noyaux d’hélium 4 24He_{2}^{4}\mathrm{He}. Ces fusions nucléaires libèrent une grande quantité d’énergie.


Schéma récapitulatif des fusions de noyau d’hydrogène au sein du
Soleil.
Schéma récapitulatif des fusions de noyau d’hydrogène au sein du Soleil.

Questions

1. Doc. 1 Rappelez la relation permettant de calculer l’énergie transférée EE en fonction de la puissance PP et de la durée du transfert Δt\Delta t.



2. Doc. 2 Écrivez les équations de réaction nucléaire des trois réactions présentées.


3. Doc. 1, 3 Quelle quantité d’énergie le Soleil rayonne-t-il chaque seconde ? À partir de la relation d’Einstein, déterminez la diminution de masse à laquelle cette énergie émise correspond.

Doc. 1
La puissance rayonnée par le Soleil

Le Soleil est un objet incandescent : il émet de la lumière à cause de sa température. Cette lumière émise par le Soleil permet un transfert d’énergie jusqu’à la Terre. À partir de l’énergie reçue sur Terre, on peut calculer la puissance du rayonnement solaire (voir chapitre 5). En moyenne, la puissance surfacique du rayonnement solaire sur Terre est de 1 360 W·m‑2, soit une puissance solaire P Soleil =3,85×1026P_{\text { Soleil }}=3\text{,}85 \times 10^{26} W.

Solar Orbiter devant le soleil
Vue d’artiste du satellite Solar Orbiter passant devant le Soleil.

On sait depuis l’Antiquité que le Soleil est à l’origine de la vie telle qu’on la connaît sur Terre, mais ce n’est que depuis le début du XXe siècle que l’on peut expliquer son fonctionnement.

➜ Quel mécanisme est à l’origine de l’énergie émise par le Soleil ?


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