Thème 1 : Une longue histoire de la matière
Ch. 1
Les éléments chimiques
Ch. 2
Des édifices ordonnés : les cristaux
Ch. 3
Une structure complexe : la cellule
Thème 2 : Le Soleil, notre source d'énergie
Ch. 4
Le rayonnement solaire
Ch. 5
Le bilan radiatif terrestre
Ch. 6
Énergie solaire et photosynthèse
Ch. 7
Le bilan thermique du corps humain
Thème 3 : La Terre, un astre singulier
Ch. 8
La forme de la Terre
Ch. 9
L'histoire de l’âge de la Terre
Ch. 10
La Terre dans l’Univers
Thème 4 : Son et musique, porteurs d'information
Ch. 11
Le son, phénomène vibratoire
Ch. 12
Musique et nombres
Ch. 13
Le son, une information à coder
Ch. 14
Entendre la musique
Projet Experimental et Numérique
Livret Maths
Annexes
Chapitre 4
Activité 1 - documentaire
La machine Soleil
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Introduction
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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- La relation liant puissance, énergie et durée
- La modélisation d'une réaction nucléaire
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Documents
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Doc. 1La 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_{\text { Soleil }}=3\text{,}85 \times 10^{26} W.
Vue d'artiste du satellite Solar Orbiter passant devant le Soleil.
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Doc. 2Les réactions nucléaires au sein du Soleil
Dans le Soleil, les conditions de pression et de température
permettent aux noyaux d'hydrogène _{1}^{1} \mathrm{H} d'effectuer des réactions
de fusion nucléaire pour former à terme des noyaux d'hélium 4 _{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.
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Doc. 3La relation d'Einstein
C'est peut-être la relation mathématique la plus célèbre du monde de la physique :
E=m \cdot c^{2} (avec E exprimée en joule, m en kilogramme et c 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 c^{2}. Réciproquement, l'émission d'énergie par un système peut se traduire comme une diminution de la masse de ce système.
E=m \cdot c^{2} (avec E exprimée en joule, m en kilogramme et c 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 c^{2}. Réciproquement, l'émission d'énergie par un système peut se traduire comme une diminution de la masse de ce système.
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Questions
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1. Doc. 1 Rappelez la relation permettant de calculer l'énergie transférée E en fonction de la puissance P et de la durée du transfert \Delta t.
2. Doc. 2 Écrivez les équations de réaction nucléaire des trois réactions présentées.
3. Doc. 1 et 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.
2. Doc. 2 Écrivez les équations de réaction nucléaire des trois réactions présentées.
3. Doc. 1 et 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.
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