OBJECTIF BAC

Thème 2 : Le soleil, notre source d'énergie


❯❯❯ Préparation aux épreuves communes de contrôle continu

methode BAC

Exercices avec des coups de pouce méthode

Exercice 3
Une base scientifique au pôle Nord
calculatrice autorisée
Éclairement et hauteur du Soleil

◗ Variations de l’éclairement en fonction de la hauteur apparente du Soleil.

Doc. 2
Éclairement et hauteur du Soleil

Diagramme solaire cylindrique au pôle Nord

◗ Le tracé correspond à des mesures prises le 15 de chaque mois entre avril et septembre.

Doc. 1
Diagramme solaire cylindrique au pôle Nord

Questions

1. Le Soleil est-il visible tous les mois de l’année au pôle Nord ? Justifier à l’aide du document 3 pourquoi les mois d’octobre à mars n’apparaissent pas dans le diagramme solaire du document 1.


2. Démontrer que la puissance maximale qu’un panneau solaire au pôle Nord d’une surface de 1 mètre carré peut fournir est P=60P =60 W.


3. Pour chauffer leur dortoir, les scientifiques ont besoin d’un radiateur d’une puissance de 1 700 W. Déterminer le nombre de panneaux solaires de 1 m2 nécessaires pour fournir cette puissance ?


4. Rédiger un paragraphe justifiant pourquoi il n’est pas pertinent d’alimenter la station uniquement grâce à des panneaux solaires.


La puissance maximale des panneaux solaires prévus pour la base est Pmax=150P_{\max }=150 W·m-2. Cette valeur est obtenue pour un éclairement maximal, on peut supposer qu’elle varie proportionnellement à celui-ci. La puissance effective d’un panneau solaire d’une surface d’un mètre carré est donc : P eff =EPmaxP_{\text { eff }}=E \cdot P_{\max }EE est la fraction de l’éclairement maximal.
Doc. 4
Caractéristiques des panneaux solaires

Une équipe de scientifiques souhaiterait installer une base scientifique au pôle Nord. Pour ses besoins énergétiques, on étudie la possibilité d’installer des panneaux solaires. La solution est-elle adaptée pour la station ?

Titre

Doc. 3
Angle des rayons solaires aux solstices

Coups de pouce

1. Le document 3 permet de justifier la différence majeure entre été et hiver au pôle Nord.

2. Le document 1 indique la hauteur angulaire du Soleil l’été. Il faut alors exploiter les documents 2 et 4.

3. Le nombre de panneaux est proportionnel à la puissance fournie.

Exercice 2
Albédo, fonte des banquises et réchauffement climatique ?
calculatrice autorisée

Une des conséquences les plus spectaculaires du réchauffement climatique est la fonte rapide de la banquise. Or, cela peut accélérer le réchauffement climatique. Quels sont les mécanismes qui expliquent ce phénomène ?

Un corps à une température TT émet une puissance de rayonnement surfacique :

L=σT4L=\sigma \cdot T^{4}

LL est exprimé en W·m‑2, TT en kelvin et σ=5,670×108\sigma=5{,}670 \times 10^{-8} W·m‑2·K‑4.
Doc. 3
Loi de Stefan-Boltzman

Coups de pouce

1. Utiliser le document 3.

2. Il faut utiliser le résultat de la première question. Exprimer le résultat sous forme de pourcentage.

3. Énergie absorbée == énergie reçue - énergie réémise.

4. Comparer les valeurs des albédos sur le document 1.

Questions

1. Sachant que la température la surface du Soleil est de 5 570 K, calculer la puissance du rayonnement solaire LS.


2. Sachant que la puissance solaire en haut de l’atmosphère terrestre est de 1 360 W·m‑2, calculer la proportion d’énergie émise par le Soleil qui atteint la Terre.


3. Connaissant l’albédo moyen terrestre, déterminer la puissance par mètre carré absorbée par la Terre.


4. En quoi la fonte accélérée de la banquise observée depuis quelques années peut-elle provoquer une accélération du réchauffement climatique ?

Épaisseur de la banquise en 1990

Épaisseur de la banquise en 2004

Épaisseur de la banquise en 2013

◗ En blanc les glaces épaisses pluriannuelles, en bleu les glaces annuelles, plus fines.
Doc. 2
Évolution de l’épaisseur de la banquise

L’albédo sur Terre fluctue selon la nature du sol ou de la couverture nuageuse
Doc. 1
L’albédo sur Terre fluctue selon la nature du sol ou de la couverture nuageuse.
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