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 5
Exercices
Le repaire des initiés
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4L'éclipse totale de Soleil de 1999
Une éclipse totale de Soleil est un événement rare et impressionnant. L'éclipse du 11 août 1999 est considérée comme celle ayant été suivie par le plus d'êtres humains dans toute l'histoire : en effet, elle a traversé des zones très fortement peuplées comme l'Europe et l'Asie.
Une large partie de l'hémisphère nord a été plongée, à un moment de la journée, dans la pénombre. En revanche, seule une petite partie de la surface terrestre a été plongée dans une totale obscurité : une tache complètement noire se déplaçait sur Terre, donnant ainsi aux quelques chanceux sur place la sensation étrange d'observer la tombée de la nuit (puis le lever du jour) en quelques secondes à peine. C'est cette « tache d'ombre » qui va nous intéresser tout au long de cet exercice.
Une large partie de l'hémisphère nord a été plongée, à un moment de la journée, dans la pénombre. En revanche, seule une petite partie de la surface terrestre a été plongée dans une totale obscurité : une tache complètement noire se déplaçait sur Terre, donnant ainsi aux quelques chanceux sur place la sensation étrange d'observer la tombée de la nuit (puis le lever du jour) en quelques secondes à peine. C'est cette « tache d'ombre » qui va nous intéresser tout au long de cet exercice.
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1. Le centre de la tache d'ombre est notamment passé au nord-est de Paris, à Reims. Cette tache de 112 km de diamètre se déplaçait d'ouest en est à une vitesse de 3 055 km·h-1. Déterminez la durée pendant laquelle les Rémois (habitants
de Reims) se sont retrouvés plongés dans l'obscurité.
2. La puissance émise par le Soleil est interceptée par la Terre. Rappelez sur quelle surface cette puissance est interceptée, puis déterminez l'expression littérale et la valeur numérique de son aire.
3. Déterminez la valeur numérique de l'aire de la tache d'ombre.
4. Normalement, la Terre intercepte une puissance émise par le Soleil égale à 1,74 \times 1017 W. À l'aide des questions précédentes, déterminez la puissance P_{\text{ombre}} que la Terre ne peut pas intercepter à cause de la présence de la tache d'ombre.
5. Déterminez la valeur numérique de l'énergie que la Terre n'a pas pu intercepter à cause de la tache d'ombre pendant
toute la durée où Reims s'est trouvée plongée dans l'obscurité.
6. La consommation électrique annuelle rémoise s'élève à environ 4 \times 105 MWh. Combien de temps faudrait-il aux Rémois pour consommer autant d'énergie que la valeur calculée à la question précédente ?
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5C'est une maison… blanche !
✔ Raisonner à partir de ses connaissances
La plupart des habitations des pays de l'Europe proches de la Méditerranée ont des murs de couleur
blanche.
Le village d'Oia, en Grèce.
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À l'aide de mots-clés vus dans ce chapitre, expliquez en quoi le climat très chaud des pays méditerranéens peut expliquer le choix d'une couleur blanche pour les habitations.
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6La Température de Vénus
✔ Commenter la courbe d'absorption de l'atmosphère en fonction de la longueur d'onde
La température théorique de Vénus, ne prenant en compte que la distance au Soleil, est de +42 °C. Pourtant, sa température moyenne de surface mesurée de 462 °C.
La température théorique de Vénus, ne prenant en compte que la distance au Soleil, est de +42 °C. Pourtant, sa température moyenne de surface mesurée de 462 °C.
Doc. 1
Composition de l'atmosphère de Vénus.
La température théorique de Vénus, ne prenant en compte que la distance au Soleil, est de +42 °C. Pourtant, sa température moyenne de surface mesurée de 462 °C.
| Élément | Dioxyde de carbone | Diazote | Autres |
| Abondance relative (%) | 96,5 | 3,5 | 0,03 |
Doc. 2
Spectres d'émission du Soleil et de Vénus.
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Doc. 3
Spectre d'absorption du dioxyde de carbone.
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Exploitez l'ensemble des documents proposés et vos connaissances pour expliquer qualitativement l'écart enregistré entre la température mesurée et la température moyenne de surface de Vénus.
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7Un panneau solaire hors du commun
✔ Mettre en relation des informations extraites des données et ses connaissances
Une équipe de l'université de Stanford a travaillé sur un panneau solaire capable de collecter l'énergie du Soleil mais également de renvoyer vers l'espace l'excès de chaleur sous forme de rayonnement de grande longueur d'onde. En effet, une augmentation de la température du panneau réduit considérablement son rendement. Le panneau absorbe les rayonnements UV et visibles mais reste transparent aux infrarouges.
Une équipe de l'université de Stanford a travaillé sur un panneau solaire capable de collecter l'énergie du Soleil mais également de renvoyer vers l'espace l'excès de chaleur sous forme de rayonnement de grande longueur d'onde. En effet, une augmentation de la température du panneau réduit considérablement son rendement. Le panneau absorbe les rayonnements UV et visibles mais reste transparent aux infrarouges.
Doc. 1
Spectres d'absorption de l'atmosphère.
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Doc. 2
Schéma simplifié du panneau solaire construit.
Le système de refroidissement peut être assimilé à un corps noir à une température de 270 K.
Rappel sur la loi de Wien : \lambda \max =\dfrac{2{,}9 \times 10^{-3}}{T} .
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À l'aide de vos connaissances et des documents proposés, présentez le principe du panneau solaire construit et le fonctionnement de ce système de refroidissement pour une exploitation en plein soleil.
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